JP6626914B2 - 樹脂ブロック製造装置及び樹脂ブロック製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂ブロックの製造装置等に関し、特に、削り出し加工等により樹脂成形物の試作をするのに好適な樹脂ブロックの製造装置と製造方法、及び、それらにより製造された樹脂ブロックに関する。

様々な商品に使用されている樹脂成形物について、例えば商品開発段階において試作品を製作する場合、従来は、既存の樹脂ブロックを削り出して製作するか、あるいは、３−Ｄプリンタで製作するのが通常である。

しかし、樹脂ブロックを削り出す方法においては、一般的に流通している切削用樹脂材料の種類が少なく、試作に使用できる樹脂の種類や色が限られている。また、一般的に流通している樹脂材料は、ほとんど板材あるいは棒材であり、削り出しによりある程度大きな物品を製作できるようなブロック状の樹脂材料は極めて限られている。

そのため樹脂ブロックを削り出す方法では、試作材料として樹脂の種類や色を自由に選ぶことができず、量産で使用したい材料、あるいは、量産のために検討対象としたい材料で試作品を製作できない場合が多い。その結果、量産化・商品化したときの樹脂成形物の特性、すなわち、強度、寸法変化、色合い、光透過度や反射率等の特性を評価できる試作品を製作できず、樹脂成形で量産品、商品を製造する際の障害となっている。

また、３−Ｄプリンタを使用する方法においては、専用特殊素材を用いる必要があり、既存の樹脂ブロックを削り出す方法よりさらに使用できる材料が限定される。そのため、例えば試作品から量産化・商品化成形品の強度等を検査することができず、量産化したときの樹脂成形物の特性を評価できないという問題はより深刻になる。さらに、３−Ｄプリンタを使用する方法では、寸法精度や反りの問題や、材料が高価でコストがかかるという問題もある。

このような状況のため、量産化・商品化したときの樹脂成形物の強度等の特性を適切に評価する必要があるときは、量産化と同様に金型を製作し、使用予定の樹脂材料を用いて射出成形等により試作品を成形することが行われている。例えば特許文献１には、簡易金型を用いることにより、短納期で廉価に正規の商品と同じ材料の試作品を製作する方法が開示されている。しかしながら、特許文献１に開示の方法も金型を製作することには変わりなく、例えば削り出しにより試作品を製作する場合と比較して、期間、コスト、手間等がかかることは避けられず、改善が望まれていた。

特開２０１４−６５１５２号公報

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、例えば試作等において量産化・商品化のための特性の評価が適切に行える樹脂成形物を削り出しにより製作することができるような、所望の材質や色等の樹脂を用いた樹脂ブロックを製造することができる、換言すれば任意の樹脂材料の樹脂ブロックを製造することができる樹脂ブロック製造装置、樹脂ブロック製造方法、及び、これらにより製造された樹脂ブロックを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の樹脂ブロック製造装置は、
水平面内をスライド移動可能な複数の成形プレートを有し、前記成形プレートが閉じたときに前記成形プレートで側面周囲を囲まれた樹脂ブロック形成空間が形成されるスライドユニット、
前記樹脂ブロック形成空間の底面を規定する底面プレートと、前記底面プレートを昇降させる昇降機構を有する昇降ユニット、
前記樹脂ブロック形成空間の上面を構成する加熱プレートと、前記加熱プレートを加熱するヒーターと、前記加熱プレートを昇降させる昇降機構を有するヒーターユニット、及び
前記樹脂ブロック形成空間に樹脂材料を供給する材料供給ユニット、を有し、
前記樹脂ブロック形成空間に供給された前記樹脂材料を前記ヒーターユニットにより加熱溶融及び冷却凝固し、前記樹脂ブロック形成空間において、前記底面プレート上、又は、前記底面プレート上に形成された樹脂層の上に新たな樹脂層を形成する動作を繰り返し、
前記樹脂層の形成ごとに、前記底面プレートを下降させ、前記樹脂ブロック形成空間において前記形成される前記樹脂層を、前記底面プレート上に順次積層し、樹脂ブロックに形成することを特徴とする。

好適には、前記スライドユニットは、ベース、断熱材及び前記成形プレートを有するスライド機構を複数有し、各前記スライド機構において、前記成形プレートは、前記断熱材を介して前記ベースに設置されていることを特徴とする。

また好適には、前記昇降ユニットは、ベース、断熱材及び前記底面プレートを有する底面部を有し、前記底面プレートは、前記断熱材を介して前記ベースに設置されていることを特徴とする。

また好適には、前記ヒーターユニットは、ベース、断熱材及び前記加熱プレートを有する加熱部を有し、前記加熱プレートは、前記断熱材を介して前記ベースに設置されていることを特徴とする。

また好適には、前記昇降ユニットは、前記底面プレートを介して、前記樹脂ブロック形成空間内の前記樹脂材料を所定の圧力で圧縮することを特徴とする。
また好適には、前記ヒーターユニットは、前記加熱プレートを介して、前記樹脂ブロック形成空間内の前記樹脂材料を所定の圧力で圧縮することを特徴とする。

また好適には、前記ヒーターユニットは、冷却装置を有することを特徴とする。

また好適には、前記昇降ユニットの前記底面プレートには、樹脂層が形成される表面側に突出し、形成された樹脂層に係合する係合ネジが設置されていることを特徴とする。

また好適には、前記スライドユニットの前記スライド機構の下側には、内周側縁部の前記底面プレート側の位置が前記成形プレートと略同じ位置に配置された金属プレートが、前記成形プレートから熱が伝わらず加熱されないように設置されていることを特徴とする。

また好適には、前記樹脂材料は樹脂ペレット又は粉砕した樹脂であることを特徴とする。

また、本発明の樹脂ブロック製造方法は、
複数の成形プレートにより側面周囲を囲まれた樹脂ブロック形成空間に樹脂材料を供給し、
供給された前記樹脂材料を加熱溶融及び冷却凝固し、前記樹脂ブロック形成空間において樹脂層を形成し、
前記樹脂層の形成ごとに、前記樹脂層が形成された前記樹脂ブロック形成空間の底面を規定する底面プレートを下降させることにより、前記樹脂ブロック形成空間において形成される樹脂層を、前記底面プレート上に形成された樹脂層の上に順次積層し、
前記樹脂層の積層を繰り返し行うことにより、前記樹脂層が積層された樹脂ブロックを形成することを特徴とする。

また、本発明の樹脂ブロックは、前述の本発明に係る樹脂ブロック製造装置あるいは樹脂ブロック製造方法により製造された樹脂ブロックである。

本発明によれば、例えば試作等において量産化・商品化のための特性の評価が適切に行える樹脂成形物を削り出しにより製作することができるような、所望の材質や色等の樹脂を用いた樹脂ブロック、換言すれば任意の樹脂材料の樹脂ブロックを製造することができる樹脂ブロック製造装置、樹脂ブロック製造方法、及び、これらにより製造された樹脂ブロックを提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態の樹脂ブロック製造装置を示す斜視図である。 図２は、図１に示した樹脂ブロック製造装置の移動ユニットを示す斜視図である。 図３は、図１に示した樹脂ブロック製造装置のスライドユニットを示す斜視図である。 図４は、移動ユニットが供給ステージに移動された状態を示す樹脂ブロック製造装置の正面図である。 図５は、移動ユニットが成形ステージに移動された状態を示す樹脂ブロック製造装置の正面図である。 図６は、移動ユニットが取出しステージに移動された状態を示す樹脂ブロック製造装置の正面図である。 図７（Ａ）は、樹脂ブロック製造装置の特徴を表す第１の図であり、図７（Ｂ）は、樹脂ブロック製造装置の特徴を表す第２の図である。 図８（Ａ）は、樹脂ブロック製造装置の特徴を表す第３の図であり、図８（Ｂ）は、樹脂ブロック製造装置の特徴を表す第４の図である。 図９は、樹脂ブロック製造装置の特徴を表す第５の図である。 図１０は、図１に示した樹脂ブロック製造装置の動作を示すフローチャートである。 図１１（Ａ）は、樹脂ブロック製造装置の動作を表す第１の図であり、図１１（Ｂ）は、樹脂ブロック製造装置の動作を表す第２の図である。 図１２（Ａ）は、樹脂ブロック製造装置の動作を表す第３の図であり、図１２（Ｂ）は、樹脂ブロック製造装置の動作を表す第４の図である。 図１３（Ａ）は、樹脂ブロック製造装置の動作を表す第５の図であり、図１３（Ｂ）は、樹脂ブロック製造装置の動作を表す第６の図である。 図１４（Ａ）は、樹脂ブロック製造装置の動作を表す第７の図であり、図１４（Ｂ）は、樹脂ブロック製造装置の動作を表す第８の図である。

本発明の一実施形態について、図１〜図１４を参照して説明する。
本実施形態においては、樹脂ペレット（以下、単にペレットと称する）から樹脂ブロックを製造する樹脂ブロック製造装置１を例示し本発明を説明する。本実施形態の樹脂ブロック製造装置１は、ペレットを加熱溶融した後冷却凝固させることにより、ある程度大きなサイズの樹脂ブロックを製造する装置である。ペレットとしては、一般的に使用されている任意の樹脂ペレットを用いることができる。

図１は、本発明の一実施形態の樹脂ブロック製造装置１を示す斜視図であり、図２は、図１に示す樹脂ブロック製造装置１の移動ユニット２０を示す斜視図である。
図１に示すように、樹脂ブロック製造装置１は、本体１０及び移動ユニット２０を有する。本体１０及び移動ユニット２０は、各々、例えばアングル材を連結して構成したフレームを有し、そこに後述する種々の機構やユニットを搭載したものである。

本体１０は、図１に示すように、供給ステージ１１、成形ステージ１２及び取出しステージ１３を有する。本体１０の底部分には、幅方向に沿ってレール１５が設置されている。移動ユニット２０は、レール１５に沿って、本体１０の幅方向（図１におけるＸ方向）に、供給ステージ１１、成形ステージ１２及び取出しステージ１３間を移動可能に本体１０の内部に収容されている。移動ユニット２０の移動は、図示せぬ駆動装置により行われる。駆動装置としては、例えば、サーボを使ったボールねじによるアクチュエータ機構等が挙げられるが、その他の任意の構成の駆動装置であってもよい。

図１に示すように、本体１０の上部の幅方向中央付近には、ヒーターユニット３００が設置されている。また、本体１０の上部の幅方向一端側には、ホッパー４１０を含む材料供給ユニット４００が設置されている。また、図２に示すように、移動ユニット２０には、上部にスライドユニット１００が設置され、内部に昇降ユニット２００が設置されている。このように、樹脂ブロック製造装置１は、機能モジュールとして、スライドユニット１００、昇降ユニット２００、ヒーターユニット３００、及び、材料供給ユニット４００を有する。

以下、まず、これら各ユニットの構成及び機能について説明する。
スライドユニット１００は、ペレットを溶融し樹脂ブロックを形成する樹脂ブロック形成空間１５０の水平面（ＸＹ面）内の位置を規定するための構成である。スライドユニット１００は、図３に示すように、平板状のステージ１１０と、ステージ１１０上に設置された第１〜第４の４つのスライド機構１２０ａ〜１２０ｄを有する。４つのスライド機構１２０ａ〜１２０ｄは、各々、水平面内を移動可能にステージ１１０上に設置されている。

具体的には、第１及び第２のスライド機構１２０ａ，１２０ｂは、Ｙ方向（樹脂ブロック製造装置１の奥行き方向）に、所定の中央側位置である樹脂ブロック形成位置と、所定の外側位置である樹脂ブロック離形位置との間をスライド移動可能に構成されている。また、第３及び第４のスライド機構１２０ｃ、１２０ｄは、Ｘ方向（樹脂ブロック製造装置１の幅方向、図１参照）に、所定の中央側位置である樹脂ブロック形成位置と、所定の外側位置である樹脂ブロック離形位置との間をスライド移動可能にステージ１１０上に設置されている。各スライド機構１２０ａ〜１２０ｄの移動は、図示せぬ駆動装置及びその制御装置等によって行われる。

各スライド機構１２０ａ〜１２０ｄの中央側の面、すなわち、第１及び第２のスライド機構１２０ａ，１２０ｂの各対向面、及び、第３及び第４のスライド機構１２０ｃ、１２０ｄの各対向面には、製造する樹脂ブロックの側面を規定する成形プレート１２５ａ〜１２５ｄが設置されている。これら成形プレート１２５ａ〜１２５ｄで囲まれたスライドユニット１００の中央部が、樹脂ブロック形成空間１５０となる。全てのスライド機構１２０ａ〜１２０ｄが樹脂ブロック形成位置に配置されたとき、各スライド機構１２０ａ〜１２０ｄの成形プレート１２５ａ〜１２５ｄは順次接触し、周回して閉じた状態とされる。

成形プレート１２５ａ〜１２５ｄは、断熱材１２４ａ〜１２４を介してベース１２３ａ〜１２３ｄに設置されている。断熱材１２４ａ〜１２４は、後述するヒーターユニット３００により樹脂ブロック形成空間１５０が加熱されたとき、熱が樹脂ブロック形成空間１５０から逃げるのを防ぐとともに、ベース１２３ａ〜１２３ｄが著しく高温になるのを防いでいる。

成形ステージ１２１の中央部には、開口１１２が形成されている。開口１２８は、全てのスライド機構１２０ａ〜１２０ｄが樹脂ブロック形成位置に配置され、樹脂ブロック形成空間１５０の周囲が成形プレート１２５ａ〜１２５ｄにより閉塞された状態とされたときの、その樹脂ブロック形成空間１５０のＸＹ平面における範囲と略同じか、その樹脂ブロック形成空間１５０より若干大きい範囲に形成されている。成形ステージ１２１の開口１２８には、後述する昇降ユニット２００の底面部２１０が通過可能になっている。底面部２１０は、樹脂ブロック形成空間１５０の底面を規定する構成である。

図示のごとく、第１及び第２のスライド機構１２０ａ，１２０ｂは、第３及び第４のスライド機構１２０ｃ、１２０ｄより大きい。第３及び第４のスライド機構１２０ｃ、１２０ｄは、第１及び第２のスライド機構１２０ａ，１２０ｂの対向面間に収容され、第１及び第２のスライド機構１２０ａ，１２０ｂの対向面の間をＸ軸方向にスライドするように構成されている。

また、図９に示すように、スライドユニット１００の各スライド機構１２０ａ〜１２０ｄの下側には、成形プレート１２５ａ〜１２５ｄから熱が伝わらず加熱されないように構成された金属プレート１６０が設置されている。このような金属プレート１６０を設けておくことにより、溶融した樹脂が底面プレート２１５の周囲の隙間から下側に漏れた場合も、プレート１６０で冷却され固まるため、漏えいを抑えることができる。なお、金属プレート１６０は、本願のその他の図面においては図示を省略する。

昇降ユニット２００は、樹脂ブロック形成空間１５０の底面を規定するとともに、溶融したペレットを順次積層させて大容積の樹脂ブロックを形成するための構成である。昇降ユニット２００は、図２及び図７〜１３に示すように、底面部２１０と、底面部２１０を鉛直方向（Ｚ方向）に昇降（移動）させる昇降機構２３０とを有する。底面部２１０は、昇降機構２３０の上端部に設置されている。

昇降ユニット２００において、底面部２１０は、所定の最上部位置と、昇降機構２３０の機構構成上あるいは移動ユニット２０のスペース制約上許容される最下部位置との間を昇降移動可能に構成されている。底面部２１０は、樹脂ブロックの製造を開始するとき、最上部位置より少し下方となる樹脂ブロック形成開始位置に配置される。その後の工程において、樹脂ブロック形成空間１５０内の溶融樹脂を加圧するために、底面部２１０は、樹脂ブロック形成開始位置から若干上方に移動する。樹脂ブロック形成開始位置は、この加圧動作を可能とするために、底面部２１０が昇降移動可能な最上部位置より若干下方に設定される。

また、底面部２１０は、製造した樹脂ブロックを樹脂ブロック製造装置１から取り出すとき、樹脂ブロック形成開始位置よりも下方の位置であって、製造する樹脂ブロックのサイズにより決まる所定の離形位置に配置される。底面部２１０が樹脂ブロック形成開始位置に配置されるとき、底面部２１０は、スライドユニット１００のステージ１１０に形成された開口１１２を通過し、ステージ１１０より上方の位置に配置される。

底面部２１０の最上面には、樹脂ブロック形成空間１５０の底面となり、製造する樹脂ブロックの下面を規定する底面プレート２１５が設置されている。スライドユニット１００の全てのスライド機構１２０ａ〜１２０ｄが樹脂ブロック形成位置に配置されて樹脂ブロック形成空間１５０の周囲が閉塞状態にされ、底面部２１０が樹脂ブロック形成開始位置に配置されたとき、底面プレート２１５は、図７（Ａ）に模式的に示すように、４辺がスライド機構１２０ａ〜１２０ｄの成形プレート１２５ａ〜１２５ｄの下部に密接した状態に配置される。

底面プレート２１５は、断熱材２１４を介してベース２１３に設置されている。断熱材２１４は、樹脂ブロック形成空間１５０あるいは凝固した直後の高温の樹脂ブロックの熱により、ベース２１３が著しく高温になるのを防いでいる。

底面部２１０には、底面プレート２１５から上部に突出するように、また、底面部２１０の下面から回動引き抜き可能に、係合ネジ２１８が設置されている。係合ネジ２１８は、例えば底面プレート２１５の４隅となる４箇所あるいは対角位置となる２箇所に設置されるが、その数や配置は任意でよい。

係合ネジ２１８は、底面プレート２１５上に積層形成される樹脂ブロックを離形するための部材である。底面プレート２１５上に樹脂ブロックを形成するときは、係合ネジ２１８を設置しておく。これにより、樹脂ブロックには係合ネジ２１８が係合し（食い込み）、樹脂ブロックは底面プレート２１５から離形しない。形成した樹脂ブロックを底面プレート２１５から離形する場合には、係合ネジ２１８を緩めて引き抜く。これにより、係合ネジ２１８と樹脂ブロックとの係合状態が解除され、樹脂ブロックは底面プレート２１５から容易に離形可能になる。

昇降機構２３０は、前述した所定の範囲で底面部２１０を上下移動させる。樹脂ブロックの形成を開始するとき、昇降機構２３０は、底面部２１０を樹脂ブロック形成開始位置に移動させる。樹脂ブロックの形成中、樹脂ブロック形成空間１５０内のペレット、溶融樹脂あるいは凝固途中の樹脂を加圧するため、昇降機構２３０は、底面部２１０を上方に所定の力で押す。その後、樹脂層を順次形成し積層するごとに、昇降機構２３０は、例えば直前に形成した樹脂層の厚みに対応する高さ、底面部２１０を下降させる。そして、所望のサイズの樹脂ブロックが形成できたら、その位置で、あるいはさらに底面部２１０を引き下げた位置で、すなわち前述した離形位置で、上述したように係合ネジ２１８を引き抜き、樹脂ブロックを離形させるために底面部２１０をさらに引き下げる。昇降機構２３０による底面部２１０のこのような移動は、図示せぬ駆動装置及びその制御装置等によって自動的に行ってもよいし、作業者が手動で操作して行ってもよい。

ヒーターユニット３００は、樹脂ブロック形成空間１５０に投入されたペレットを加熱溶融するととともに、加圧してブロック状に形成するための構成である。ヒーターユニット３００は、図２及び図７〜１３に示すように、加熱部３１０と、加熱部３１０を鉛直方向（Ｚ方向）に昇降（移動）させる昇降機構３３０と、図示せぬ冷却装置を有する。加熱部３１０は、昇降機構３３０の下端部に設置されている。また、冷却装置は、本実施形態においては、オイルにより加熱プレート３１５を冷却する。

ヒーターユニット３００において、加熱部３１０は、所定の最上位置である退避位置か、スライドユニット１００の成形プレート１２５ａ〜１２５ｄの高さの範囲内に規定される加熱位置に配置される。換言すれば、加熱部３１０は、退避位置と加熱位置との間を昇降移動可能に構成されている。

加熱部３１０の最下面には、樹脂ブロック形成空間１５０の上面となり、製造する樹脂ブロックの上面を規定する加熱プレート３１５が設置されている。スライドユニット１００の全てのスライド機構１２０ａ〜１２０ｄが樹脂ブロック形成位置に配置されて樹脂ブロック形成空間１５０の周囲が閉塞状態にされたとき、加熱プレート３１５は、図７（Ａ）に模式的に示すように、４辺がスライド機構１２０ａ〜１２０ｄの成形プレート１２５ａ〜１２５ｄの内面に密接しながら樹脂ブロック形成空間１５０内を上下方向に移動可能に、樹脂ブロック形成空間１５０内に配置される。

加熱プレート３１５には、ヒーター３１２が埋設されている。ヒーター３１２により加熱プレート３１５が加熱され、樹脂ブロック形成空間１５０に投入された後述するペレットを加熱し溶融する。加熱プレート３１５は、断熱材３１４を介してベース３１３に設置されている。断熱材３１４は、ヒーター３１２による発熱がベース３１３方向に逃げないように、また、ベース３１３が著しく高温にならないように、ベース３１３と加熱プレート３１５との間を断熱する。

昇降機構３３０は、前述した所定の範囲で加熱部３１０を上下移動させる。新たに投入されたペレットを溶融するとき、昇降機構３３０は、加熱部３１０を、最上位置である退避位置から樹脂ブロック形成空間１５０内の加熱位置に移動させる。この状態で、昇降ユニット２００の底面部２１０が昇降機構２３０の動作により上方に移動してくることにより、ペレットは溶融されながら、ヒーターユニット３００の加熱プレート３１５と、昇降ユニット２００の底面プレート２１５あるいはその上に積層された樹脂ブロックとの間に挟まれ加圧される。溶融されたペレットが層状に昇降ユニット２００の底面プレート２１５上に、または、既に積層された樹脂層の上に積み上げられたら、昇降機構３３０は、加熱部３１０を上昇させ、退避位置に戻す。昇降機構３３０による加熱部３１０のこのような移動は、図示せぬ駆動装置及びその制御装置等によって自動的に行ってもよいし、作業者が手動で操作して行ってもよい。

材料供給ユニット４００は、樹脂ブロック形成空間１５０に樹脂ペレットを供給するための構成である。材料供給ユニット４００は、図１に示すように、本体１０の供給ステージ１１の上部に設置されたホッパー４１０を有する。ホッパー４１０には、ペレットが収納されている。また、材料供給ユニット４００は、図示しないが、ペレットを適量ずつ樹脂ブロック形成空間１５０に投入するためのスクリュー、これを駆動するためのサーボあるいはモータ、これらを制御する制御部（サーボに含まれる場合もある）を有する。材料供給ユニット４００においては、これらの構成により電気的に制御をしながら、適量のペレットを樹脂ブロック形成空間１５０に供給する。

具体的には、樹脂ブロック製造装置１において、スライドユニット１００の成形プレート１２５上に新たに樹脂層を積層する場合、あるいは、既に積層された樹脂層の上にさらに樹脂層を積層する場合には、移動ユニット２０が本体１０の供給ステージ１１に移動される。このとき、樹脂ブロック形成空間１５０の上部を覆うヒーターユニット３００は本体１０の成形ステージ１２に設置されており供給ステージ１１には移動しないため、スライドユニット１００の樹脂ブロック形成空間１５０の上部は開口状態となっている。材料供給ユニット４００は、この開口から、スライドユニット１００の樹脂ブロック形成空間１５０に、次に溶融し積層するペレットを投入する。

このような構成の樹脂ブロック製造装置１においては、移動ユニット２０を、図４に示す供給ステージ１１、図５に示す成形ステージ１２、図６に示す取出しステージ１３に適宜移動させることにより、樹脂ブロック形成空間１５０に順次樹脂層を積層し、所望のサイズの樹脂ブロックを形成する。なお、樹脂ブロック製造装置１は、さらに、本体１０の取出しステージ１３に移動された移動ユニット２０から、完成した樹脂ブロックを自動的に取り出すための取り出し機構等を備える構成であってもよい。

次に、このような構成の樹脂ブロック製造装置１を用いた樹脂ブロックの製造方法について、さらに図１０〜図１４を参照して説明する。
樹脂ブロック製造装置１において樹脂ブロックを製造する場合、まず、図４に示すように、移動ユニット２０を供給ステージ１１に移動させ（ステップＳ１）、図１１（Ａ）に示すように、樹脂ブロック形成空間１５０にペレットを供給する（ステップＳ２）。このとき、スライド機構１２０ａ〜１２０ｄは閉じた状態とされ、昇降ユニット２００の底面部２１０は、樹脂ブロック形成開始位置に配置されている。また、樹脂ブロック形成空間１５０は、材料供給ユニット４００においては、図示せぬスクリューをサーボで回転させ、ホッパー４１０内のペレットを所定量、樹脂ブロック形成空間１５０に投入する。

樹脂ブロック形成空間１５０にペレットを投入したら、移動ユニット２０を成形ステージ１２に移動させる（ステップＳ３）。すなわち、図１１（Ｂ）に示すように、樹脂ブロック形成空間１５０をヒーターユニット３００の加熱部３１０の下に配置する。次に、ヒーターユニット３００の加熱プレート３１５を樹脂ブロック形成空間１５０内の加熱位置まで下降させ（ステップＳ４）、ヒーター３１２により加熱プレート３１５の温度を所望の設定温度に向けて上昇させる（ステップＳ５）。

次に、引き続きヒーター３１２により加熱プレート３１５を徐々に加熱しながら、昇降ユニット２００の昇降機構２３０を駆動させ底面プレート２１５を上昇させる（ステップＳ６）。図１２（Ａ）に示すように、ヒーターユニット３００の加熱プレート３１５が樹脂ブロック形成空間１５０内のペレット７に当接する程度まで底面プレート２１５を上昇させたら、さらに、昇降ユニット２００の昇降機構２３０のサーボ制御により樹脂ブロック形成空間１５０内のペレット７に圧力をかけ、樹脂ブロック形成空間１５０内のペレット７が所定の圧力で圧縮する（ステップＳ７）。すなわち、ペレット７を徐々に温めながら、ゆっくりとした速度、一定のトルクでペレット７を圧縮する。

このような動作により、加熱プレート３１５の温度、換言すれば樹脂ブロック形成空間１５０の温度が所定の設定温度に達したら、所定時間、その状態を保持する（ステップＳ８）。すなわち、所定の設定温度で所定の圧力をかけ続ける。このとき、樹脂ブロック形成空間１５０の中のペレットは、図１２（Ｂ）に示すように、既に樹脂ブロック８の形態となっている。なお、状態を保持する所定時間は、例えば、１分〜１０分程度であり、本実施形態においては６分とする。

所定時間経過したら（ステップＳ８）、ヒーターユニット３００内の図示せぬ冷却装置により、加熱プレート３１５の温度を常温まで冷却する（ステップＳ９）。加熱プレート３１５が常温まで冷却されたら、図１３（Ａ）に示すように、スライドユニット１００の４つのスライド機構１２０ａ〜１２０ｄの各々を外側にスライド移動させ、樹脂ブロック形成空間１５０の側面を開き離形する（ステップＳ１０）。

次に、図１３（Ｂ）に示すように、昇降ユニット２００を次の樹脂積層分だけ下降させヒーターユニット３００の加熱プレート３１５と離形させる（ステップＳ１１）。このとき、ヒーターユニット３００は冷却が進んでおり、樹脂は暖かいプレートの方にくっつくので、樹脂層は、昇降ユニット２００の底面プレート２１５にくっつく。また、底面プレート２１５には、係合ネジ２１８が設置されているので、これが積層された樹脂に食い込み、この点においても、樹脂層は、底面プレート２１５に付着した状態となる。

ヒーターユニット３００加熱プレート３１５と離形されたら、図１４（Ａ）に示すように、加熱部３１０を退避位置まで上昇させ（ステップＳ１２）、移動ユニット２０を移動可能にする。そして、所定の回数樹脂層を積層したか否か判断し（ステップＳ１３）、換言すれば、底面部２１０の底面プレート２１５上の樹脂ブロックが所望の高さになったかどうか判断し、すなわち、引き続き樹脂層の積層が必要かどうか判断し、まだの場合には、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１〜Ｓ１２の処理を繰り返し、今回積層した樹脂層の上に、次の樹脂層を積層する。

ステップＳ１３において、樹脂ブロックが所望の高さになったと判断した場合には、移動ユニット２０を取出しステージ１３に移動させ、出来上がった樹脂ブロックの取り出しを行う。すなわち、図１４（Ｂ）に示すように、昇降ユニット２００の底面部２１０に設置されている係合ネジ２１８を緩め、樹脂ブロック８を底面プレート２１５から離形する（ステップＳ１４）。
本実施形態の樹脂ブロック製造装置１においては、このようにして所望のサイズの樹脂ブロック８を製造する。

このように、本実施形態の樹脂ブロック製造装置１においては、成形機を使うことなく、種々の種類や色が販売されている樹脂ペレットを溶融し樹脂層を順次積層して樹脂ブロックを形成しているので、所望の材質や色等の樹脂を用いた樹脂ブロック、換言すれば任意の樹脂材料の樹脂ブロックを製造することができる。また、昇降ユニット２００の機械のストロークが許す限り、所望のサイズの樹脂ブロックを製造することができる。その結果、試作品を削り出しにより製造するために必要な所望の樹脂材料の所望のサイズの樹脂ブロックを製造することができ、試作等において量産化・商品化のための特性の評価が適切に行うことができる。

また、本実施形態の樹脂ブロック製造装置１においては、樹脂ブロック形成空間１５０内の溶融前後のペレットを、徐々に温めながら、ゆっくりとした速度と一定の圧力で圧縮している。そのため、完成した樹脂ブロックに気泡が入りにくく、極めて質のよい樹脂ブロックを製造することができる。

また、本実施形態の樹脂ブロック製造装置１においては、樹脂ブロック形成空間１５０内が所定の設定温度に到達し、ペレットが溶融した後も、所定時間、所定の圧力で圧縮を継続している。その結果、樹脂同士の溶け込みを良くすることができ、また、冷却後の樹脂のヒゲを良化することができ、極めて質のよい樹脂ブロックを製造することができる。

また、本実施形態の樹脂ブロック製造装置１においては、スライドユニット１００のスライド機構１２０、昇降ユニット２００の底面部２１０、ヒーターユニット３００の加熱部３１０において、各プレート１２５、２１５、３１５とベース１２３、２１３、３１３との間に断熱材１２４，２４，３１４挟んでいる。そのため、樹脂ブロック形成空間１５０の周囲に熱的な閉鎖環境が作れ、効率よく、適切な箇所の加熱が行うことができる。

具体的には、例えば積層初期時において、図７Ａに示すように、加熱プレート３１５の熱を、ベース１２３，２１３，３１３へ逃げる熱量を最低限に抑えながら、スライドユニット１００の成形プレート１２５ａ〜１２５ｄを介して、昇降ユニット２００の底面プレート２１５まで伝達している。その結果、樹脂ブロック形成空間１５０内の樹脂を十分に温めることができ、底面部分のペレットも適切に溶かす事ができ、効率よく樹脂ブロックの製造が行える。

また、本実施形態の樹脂ブロック製造装置１においては、前述したように、加熱プレート３１５の熱を、スライドユニット１００の成形プレート１２５ａ〜１２５ｄを介して、昇降ユニット２００の底面プレート２１５まで伝達している。そのため、積層が増えてきた時には、図８（Ａ）に示すように、スライドユニット１００の成形プレート１２５ａ〜１２５ｄと昇降ユニット２００の底面プレート２１５との接触がなくなり、昇降ユニット２００の底面プレート２１５への熱の伝達を少なくすることができる。その結果、積層下部は熱の影響を受けにくく凝固した状態を維持しながら、一回前の積層部分は溶融される状態となり、今回溶融し積層する部分と適切に溶け込ませることができる。したがって、質のよい樹脂ブロックを製造できる。

また、本実施形態の樹脂ブロック製造装置１においては、ヒーターユニット３００にのみ冷却装置が設置されており、積層が終了した時には、ヒーターユニット３００のみを冷却している。そのため、ヒーターユニット３００より昇降ユニット２００の方が温かくなり、図８（Ｂ）に示すように、積層した樹脂ブロックを、ヒーターユニット３００からは離形させ、昇降ユニット２００とは離形しにくい状態に容易にすることができる。その結果、次の積層工程に直ちに進むことができ、効率よく樹脂ブロックを製造できる。

また、本実施形態の樹脂ブロック製造装置１においては、図９に示すように、スライドユニット１００の各スライド機構１２０ａ〜１２０ｄの下側に温められていない金属プレート１６０が設置されている。そのため、溶融した樹脂が隙間から下側に漏れた場合も、温めていないプレート１６０で冷却され固まるため、流れ込みを最小限に抑えることができる。

また、本実施形態の樹脂ブロック製造装置１により樹脂ブロックを製造するときには、材料供給ユニット４００において供給するペレットの量が極めて重要である。ペレットの供給量が多すぎると気泡の原因となり、少なすぎると樹脂ブロックの製造効率が低下するためである。本実施形態の樹脂ブロック製造装置１においては、サーボまたはモータによる電気的制御を行って、材料供給ユニット４００において、材料である樹脂ペレットをスライドユニット１００の樹脂ブロック形成空間１５０に供給しているため、適量のペレットを精度よく樹脂ブロック形成空間１５０に供給することができる。その結果、気泡の発生を防ぎ、また、効率よく樹脂ブロックを製造することができる。

なお、本発明は、上記した実施形態に限られるものではなく、任意好適な種々の改変が可能である。
例えば、移動ユニット２０の本体１０内のステージの移動、材料供給ユニット４００におけるペレットの樹脂ブロック形成空間１５０への投入等は、いずれも、制御部を伴うアクチュエータ、モータ、サーボ機構等により自動的に行うものであった。しかしながら、例えば作業者等が手動で行う形態であっても、何ら差し支えない。

また、本発明の樹脂ブロック製造装置あるいは製造方法において使用する原材料としての樹脂材料は、樹脂ペレットに限られるものではない。例えば、任意の形状の樹脂部材を粉砕して大きさを小さくしたような樹脂材料でもよく、樹脂ブロック製造装置が溶融・溶解可能な範囲の大きさ、形状等であれば、任煮の樹脂材料を原材料として用いることができる。

また、前述した実施形態では、一種類の樹脂ペレットから樹脂ブロックを製造する例を説明した。しかしながら、本発明において樹脂ブロックの原材料は、このような形態に限られるものではない。例えば、種類の異なる樹脂ペレットや、色の異なる樹脂ペレット等、複数の種類の樹脂ペレットを原材料として１の樹脂ブロックを製造してもよい。その場合は、樹脂ブロック製造装置１に原材料を投入する工程（例えば、図１０のステップＳ２）において、樹脂ブロック形成空間１５０にその複数の種類の樹脂ペレットを適宜所望の量ずつ投入すればよい。その状態で前述したように樹脂ブロック製造装置１を作動させることにより、所定の材料が所定の割合で含有された、あるいは所望の組成の樹脂ブロックが製造できる。

また、同様に、樹脂材料に所望の添加剤あるいは強化材や金属等を混合して樹脂ブロックを製造するようにしてもよい。所望の添加剤や強化剤等を樹脂ペレットとともに樹脂ブロック形成空間１５０に所定量投入し、樹脂ブロック製造装置１を作動させることにより、所定の添加剤あるいは強化剤等を含有する樹脂ブロックを製造することができる。本発明の樹脂ブロック製造装置及び製造方法では、例えば、酸化防止剤等の安定剤、難燃剤、可塑剤、帯電防止剤等の任意の添加剤を樹脂に添加した樹脂ブロックを製造できる。また、本発明の樹脂ブロック製造装置及び製造方法では、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、金属繊維等の任意の繊維状強化材、マイカ、タルク、ガラスフレーク、金属板等の任意の板状強化材、シリカ、珪酸カルシウム、ガラスビーズ、カーボンブラック、金属片、金属小球等の任意の粒状強化材等、任意の強化材や金属製の物を樹脂に複合した樹脂ブロックを製造できる。このような添加剤や強化材等を含む樹脂ブロックの製造方法、および、本発明の製造方法により製造されたこのような添加剤や強化材等を含む樹脂ブロックも、本発明の範囲内であることは明らかである。

また、前述した実施形態の樹脂ブロック製造装置１において、ヒーターユニット３００が具備する冷却装置は、冷却媒体としてオイルを用いて加熱プレート３１５を冷却する油冷式の装置とした。しかし、冷却装置における冷却方法はこれに限られるものではなく、任意の冷却方式を適用してよい。例えば、空気（風）等の気体を冷却媒体として用いる空冷式であってもよいし、水を冷却媒体として用いる水冷式であってもよい。

また、前述した実施形態の樹脂ブロック製造装置１においては、樹脂ブロック形成空間１５０内の溶融樹脂等への加圧は、昇降ユニット２００の昇降機構２３０が底面部２１０を上方に所定の力で押すことにより行っていた。しかしながら、この加圧は、ヒーターユニット３００の昇降機構３３０が加熱部３１０を下方に所定の力で押すことにより行う構成にしてもよい。その場合、昇降ユニット２００は、加熱部２１０を上方に移動させず、一定の位置に保持する動作を行う。

１…樹脂ブロック製造装置
１０…本体
１１…供給ステージ
１２…成形ステージ
１３…取出しステージ
２０…移動ユニット
１００…スライドユニット
１１０…ステージ
１１２…開口
１２０…スライド機構
１２３…ベース
１２４…断熱材
１２５…成形プレート
１５０…樹脂ブロック形成空間
１６０…金属プレート
２００…昇降ユニット
２１０…底面部
２１３…ベース
２１４…断熱材
２１５…底面プレート
２１８…係合ネジ
２３０…昇降機構
３００…ヒーターユニット
３１０…加熱部
３１２…ヒーター
３１３…ベース
３１４…断熱材
３１５…加熱プレート
３３０…昇降機構
４００…材料供給ユニット
４１０…ホッパー
７…ペレット
８…樹脂ブロック

Claims (11)

1. 水平面内をスライド移動可能な複数の成形プレートを有し、前記成形プレートが閉じたときに前記成形プレートで側面周囲を囲まれた樹脂ブロック形成空間が形成されるスライドユニット、
   前記樹脂ブロック形成空間の底面を規定する底面プレートと、前記底面プレートを昇降させる昇降機構を有する昇降ユニット、
   前記樹脂ブロック形成空間の上面を構成する加熱プレートと、前記加熱プレートを加熱するヒーターと、前記加熱プレートを昇降させる昇降機構を有するヒーターユニット、
   前記樹脂ブロック形成空間に樹脂材料を供給する材料供給ユニット、を有し、
   前記樹脂ブロック形成空間に供給された前記樹脂材料を前記ヒーターユニットにより加熱溶融及び冷却凝固し、前記樹脂ブロック形成空間において、前記底面プレート上、又は、前記底面プレート上に形成された樹脂層の上に新たな樹脂層を形成する動作を繰り返し、
   前記樹脂層の形成ごとに、前記底面プレートを下降させ、前記樹脂ブロック形成空間において前記形成される前記樹脂層を、前記底面プレート上に順次積層し、樹脂ブロックに形成することを特徴とする樹脂ブロック製造装置。
2. 前記スライドユニットは、ベース、断熱材及び前記成形プレートを有するスライド機構を複数有し、各前記スライド機構において、前記成形プレートは、前記断熱材を介して前記ベースに設置されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂ブロック製造装置。
3. 前記スライドユニットの前記スライド機構の下側には、内周側縁部の前記底面プレート側の位置が前記成形プレートと略同じ位置に配置された金属プレートが、前記成形プレートから熱が伝わらず加熱されないように設置されている請求項２に記載の樹脂ブロック製造装置。
4. 前記昇降ユニットは、ベース、断熱材及び前記底面プレートを有する底面部を有し、前記底面プレートは、前記断熱材を介して前記ベースに設置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂ブロック製造装置。
5. 前記ヒーターユニットは、ベース、断熱材及び前記加熱プレートを有する加熱部を有し、前記加熱プレートは、前記断熱材を介して前記ベースに設置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂ブロック製造装置。
6. 前記昇降ユニットは、前記底面プレートを介して、前記樹脂ブロック形成空間内の前記樹脂材料を所定の圧力で圧縮することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の樹脂ブロック製造装置。
7. 前記ヒーターユニットは、前記加熱プレートを介して、前記樹脂ブロック形成空間内の前記樹脂材料を所定の圧力で圧縮することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の樹脂ブロック製造装置。
8. 前記ヒーターユニットは、冷却装置を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の樹脂ブロック製造装置。
9. 前記昇降ユニットの前記底面プレートには、樹脂層が形成される表面側に突出し、形成された樹脂層に係合する係合ネジが設置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の樹脂ブロック製造装置。
10. 前記樹脂材料は樹脂ペレット又は粉砕した樹脂であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の樹脂ブロック製造装置。
11. 複数の成形プレートにより側面周囲を囲まれた樹脂ブロック形成空間に樹脂材料を供給し、
    供給された前記樹脂材料を加熱溶融及び冷却凝固し、前記樹脂ブロック形成空間において樹脂層を形成し、
    前記樹脂層の形成ごとに、前記樹脂層が形成された前記樹脂ブロック形成空間の底面を規定する底面プレートを下降させることにより、前記樹脂ブロック形成空間において形成される樹脂層を、前記底面プレート上に形成された樹脂層の上に順次積層し、
    前記樹脂層の積層を繰り返し行うことにより、前記樹脂層が積層された樹脂ブロックを形成することを特徴とする樹脂ブロック製造方法。

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