JP6960721B2

JP6960721B2 - 洗浄用のフィラメント、及び３ｄプリンタのクリーニング方法

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Publication number: JP6960721B2
Application number: JP2016091795A
Authority: JP
Inventors: 亮平湯浅; 卓志埜村
Original assignee: Kyoraku Co Ltd
Current assignee: Kyoraku Co Ltd
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2036-04-28
Also published as: JP2017196594A

Description

本発明は、いわゆる３Ｄプリンタのような３次元オブジェクト（立体物）を構築するモデリング装置において、ノズルのクリーニングに使用されるクリーニング用線材に関するものであり、さらには、それを用いた３Ｄプリンタのクリーニング方法に関する。

３次元オブジェクトの形成方法として、いわゆる３Ｄプリンタが注目されており、これまで実現することが難しかった複雑な形状の３次元オブジェクトも簡単に作製可能になってきている。３Ｄプリンタを用いれば、樹脂や金属等、任意の材料を積み重ねていくことにより、通常の方法では実現不可能な形状であっても加工することが可能である。

３Ｄプリンタには、いくつかの方式のものが知られており、その中で樹脂ストランド（線状体）を押出して積層堆積させる方式（熱溶融積層方式）のものは、コスト面で有利であること等から、各方面で開発が進められている（例えば、特許文献１や特許文献２等を参照）。

例えば、特許文献１の積層造形システムでは、造形材料であるフィラメントを押し出しヘッドに供給し、押し出しヘッドに搭載される液化機にてフィラメントを溶融し、ノズルを通して、溶融したフィラメントをベース上に押し出す。押し出しヘッド及びベースは、３Ｄモデルを形成するために相対的に移動し、多数の線状及び層状の材料を積層していき、３Ｄモデルを製造する。

特許文献２には、押出による積層堆積システムの押出ヘッドへ改質ＡＢＳ材料を送出することと、押出ヘッドの応答時間を向上させる条件下で、送出された改質ＡＢＳ材料を押出ヘッドにおいて溶融することと、３Ｄオブジェクトを形成するために、溶融された熱可塑性プラスチック材料を一層毎に堆積させることとを含む３Ｄオブジェクトを構築する方法が開示されている。

この種の方法では、樹脂材料を溶融堆積するというのが基本的な考えであり、原料素材として樹脂のストランド（線条体）が用いられる。特許文献３や特許文献４には、原料素材として用いる樹脂ストランドや、その供給方法等についての開示がある。

特許文献３には、３次元物体を作成するための組成物が開示されているが、造形物を作製する押出機では、押出ヘッドに可撓性フィラメントとして供給している。フィラメントは、押出ヘッドが携帯する液化機内で溶融される。液化機は凝固点よりもわずかに高い温度にフィラメントを加熱して、これを溶融状態にする。溶融材料は液化機のオリフィスを通じて台座上に押し出される。

特許文献４には、３次元堆積モデリング機械内でフィラメントを供給するフィラメントカセットおよびフィラメントカセット受器が開示されている。特許文献３では、フィラメントを簡便な様態でモデリング機械に係合および分離する方法を提供し、環境における湿気からフィラメントを保護する様態で実現され得るようにしている。

特表２００９−５００１９４号公報特表２０１０−５２１３３９号公報特許５０３９５４９号公報特許４１０７９６０号公報

ところで、熱溶融積層方式の３Ｄプリンタでは、線条樹脂成形体（特許文献１に開示されるフィラメント）を溶融しながらノズルに供給し、これを積層堆積させることで３次元オブジェクトの成形を行うが、熱溶融積層方式の３Ｄプリンタに使用される従来の線条樹脂成形体（特許文献１に開示されるフィラメント）を用いた造形において、１つの３Ｄプリンターで複数のフィラメントを使用する際に、それまで造形で使用していたフィラメントが充填されているノズルに、次に造形に使用したいフィラメントを送り込み、新たにノズルに充填するが、それまで使用していたフィラメントと新たに使用するフィラメントで樹脂の種類が異なる場合に、融点や溶融開始温度の違いやノズル内面の金属に対する親和性からノズル内のフィラメントが置換されにくいという問題がある。例えば色彩の異なる線条樹脂成形体により３次元オブジェクトを成形する場合、ノズル内のフィラメントが速やかに置換されないと、フィラメントの交換後に、先に使用したフィラメントに起因する混色や汚れ等の問題が生ずるおそれがある。

成形される３次元オブジェクトにおいて、先に使用したフィラメント（線条樹脂成形体）等に起因する混色や汚れ等は、製品品質を大きく低下する要因になるが、熱溶融積層方式の３Ｄプリンタでは、これまで積極的な汚れ対策は採られていない。

本発明は、係る従来の実情に鑑みて提案されたものであり、熱溶融積層方式の３Ｄプリンタにおけるノズルの汚れを効果的に解消し得るクリーニング用線材を提供することを目的とし、さらには、混色等のおそれのない３次元オブジェクトの造形方法を可能とする３Ｄプリンタのクリーニング方法を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明の洗浄用のフィラメントは、熱溶融積層方式の３Ｄプリンタに用いられ、造形用のフィラメントと置換して３Ｄプリンタのヘッドに供給されノズルから押し出しされることでノズルを洗浄する洗浄用のフィラメントであって、表面の少なくとも一部が充填剤と潤滑剤を含む樹脂組成物により形成されており、前記充填剤は、無機フィラー、炭素繊維、ガラス繊維から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする。また、本発明の３Ｄプリンタのクリーニング方法は、ノズルに造形用のフィラメントを供給して３次元オブジェクトを造形する熱溶融積層方式の３Ｄプリンタのクリーニング方法であって、表面の少なくとも一部が無機フィラー、炭素繊維、ガラス繊維から選ばれる少なくとも１種である充填剤と潤滑剤を含む樹脂組成物により形成されている洗浄用のフィラメントを前記造形用のフィラメントと置換して３Ｄプリンタのヘッドに供給し、ノズルから押し出しすることで、ノズルをクリーニングすることを特徴とする。

充填剤と潤滑剤を含む樹脂組成物は、熱溶融積層方式の３Ｄプリンタに造形材料として用いられる線条樹脂成形体の残存物に対してクリーニング効果を有し、表面が前記樹脂組成物で形成されたクリーニング用線材を３Ｄプリンタのノズルに供給することで、ノズルに残存する付着物が絡め取られ、ノズルが洗浄される。また、それまで造形で使用していたフィラメント（線条樹脂成形体）が充填されているノズルに、次に造形に使用したいフィラメントを送り込む前に、洗浄用のフィラメント（クリーニング用線材）と速やかに置換が可能であり、且つ、次に造形に使用したいフィラメントによって速やかに置換する事ができるフィラメント（クリーニング用線材）をノズルへ充填する事で、それまで使用していたフィラメントから新たに使用するフィラメントへと円滑に置換され、ノズル内の充填時間が短縮される。

本発明のクリーニング用線材によれば、熱溶融積層方式の３Ｄプリンタにおけるノズルの汚れを効果的に解消することが可能である。また、本発明の３Ｄプリンタのクリーニング方法を適用することで、３Ｄプリンタによる３次元オブジェクトの造形において、混色等のない高品質な３次元オブジェクトを成形することが可能である。

３Ｄプリンタに使用される線条樹脂成形体の一例を示す概略斜視図である。図１に示される線条樹脂成形体の断面図である。２層構成の線条樹脂成形体の一例を示す概略斜視図である。図３に示される線条樹脂成形体の断面図である。線条樹脂成形体を製造する装置の側面図である。２層構成の線条樹脂成形体を製造する装置の平面図である。２層構成の線条樹脂成形体を製造する際に使用される金型の構成例を示す分解斜視図である。図３に示される装置のサイジング装置の分解斜視図である。図３に示される装置のサイジング装置の平面図であり、上部材を部分的に破断して示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と称する）について詳細に説明する。

先ず、３Ｄプリンタの概要について説明する。その基本的な仕組みは、コンピュータで作成した３Ｄデータを設計図として、断面形状を積層していくことで立体物すなわち３Ｄ（三次元）オブジェクトを作成するものである。その方法としては、例えば、液状の樹脂に紫外線などを照射し少しずつ硬化させていくインクジェット方式、粉末の樹脂に接着剤を吹きつけていく粉末固着方式、熱で融解した樹脂を少しずつ積み重ねていく熱溶融積層方式などの方法がある。本発明が適用されるのは、熱溶融積層方式のものであり、成形のための線条樹脂成形体は、例えばリールに巻回された状態で３Ｄプリンタに供給される。

熱溶融積層方式の３Ｄプリンタに使用される線条樹脂成形体としては、ＡＢＳ樹脂等の単独の樹脂で構成されるものが一般的である。図１及び図２は、単独の樹脂で構成される、いわゆる単層の線条樹脂成形体１０を示すものである。単層の線条樹脂成形体１０は、単独の樹脂を線条に加工したものであり、極めてシンプルな構成である。

勿論、これに限らず、例えば多層構成の線条樹脂成形体等についても、本発明の製造方法は適用可能である。３Ｄプリンタにおいて、造形中に折れ曲がったり、折れたり、開封後に吸湿して品質劣化したり、熱溶融積層方式ではその造形方式から流動性の高い材料での造形が困難であるという問題がある。この問題を解消するために、熱可塑性樹脂を含む第１層と、前記第１層を被覆し、前記第１層とは異なる材質を含む第２層とを備え、前記第２層が前記第１層を被覆した状態で押し出され造形される２層構成の線条樹脂成形体の採用が好ましい。

２層構成の線条樹脂成形体の構成を図３、図４に基づいて説明すると、図３に示すように、線条樹脂成形体１０は、熱溶融積層方式の３Ｄプリンタに用いられる造形材料であって、第１層２１と、第１層２１を被覆し、第１層２１とは異なる材質を含む第２層２２とを備える。

第１層２１は、円柱状に形成され、熱可塑性樹脂を含む。熱可塑性樹脂には、例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）を好適に用いることができる。

第２層２２は、第１層２１を被覆するように円筒状に形成され、線条樹脂成形体は第２層２２が第１層２１を被覆した状態で溶融軟化し、３Ｄプリンタの押し出しヘッドから被覆された状態を維持して溶融押し出され、第２層同士が融着して積層堆積することで３Ｄモデルを造形する。線条樹脂成形体の第１層及び第２層を構成する熱可塑性樹脂は押し出し可能な材質であれば良く、線条樹脂成形体に付与する機能に応じて適宜選択することができる。例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）の他、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテルなどの非晶性樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリエステル、ポリアミド、ポリビニルアルコールなどの結晶性樹脂、オレフィン系、スチレン系、ポリエステル系の熱可塑性エラストマー、及びそれらの混合物が好適に用いられる。さらに、カーボンブラック、炭素繊維、ガラス繊維、タルク、マイカ、ナノクレイ、マグネシウムなどの無機系の添加剤、酸化防止剤、滑剤、着色剤などを適宜混合することができる。

なお、第１層２１及び第２層２２は、酸化防止剤や滑剤などの各種の添加剤を含む材料で構成することもできる。

２層構成からなる線条樹脂成形体を用いて３次元オブジェクトを造形する場合、線条樹脂成形体の外層比率が５％未満であると造形後に外層となる第２層が切れてしまい、第１層が露出するおそれがある。この場合、第２層によって得られる機能を得ることができないものとなる。一方で、外層比率が３５％以上であると内層側となる第１層の機能が発現されなくなるとともに、多層にすることによる機能が得ることができなくなる。

ここで、外層比率は、線条樹脂成形体の任意の位置での垂直断面における最大径と最小径の平均直径に対して、外層となる第２層の厚みの４点平均値の比率により求めることができる。外層の４点平均の厚みは、線条樹脂成形体の最大径における線分の両端に位置する第２層と重なる線分のそれぞれの長さ２点と、最大径における線分と直行する線分の両端に位置する第２層と重なる線分のそれぞれの長さ２点の合計４点の平均値にて算出する。外層比率は、外層となる第２層の４点平均厚みの値を線条樹脂成形体の平均直径で除した値を百分率で表した値とする。

第１層２１及び第２層２２の外径寸法は、求められる仕様に応じて適宜設定可能であるが、外径寸法を例示すると、第１層２１の外径ｄ（図４参照）が１．３５ｍｍ±０．２ｍｍであり、第２層２２の外径Ｄ（図４参照）が１．７５ｍｍ±０．１ｍｍである。

熱溶融積層方式の３Ｄプリンタによる３次元オブジェクトの造形方法では、前述の線条樹脂成形体を造形材料として用い、これをノズルから溶融押し出しすることで立体物の形成が行われる。本発明のクリーニング用線材は、前述の熱溶融積層方式の３Ｄプリンタにおいて、プリンタヘッドであるノズルの洗浄に用いるものである。以下、本発明のクリーニング用線材について説明する。

本発明のクリーニング用線材は、表面の少なくとも一部が充填剤と潤滑剤を含む樹脂組成物（クリーニング組成物）により形成されていることを特徴とするものであり、充填剤と潤滑剤を含む樹脂組成物によるクリーニング効果により、ノズルに残存する付着物を除去（クリーニング）する。

前記樹脂組成物において、樹脂材料としては任意のものを使用することができるが、例えばＡＢＳ樹脂、ＰＬＡ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリアミド等が例示される。当該樹脂組成物自体の付着性等を考慮すると、ポリオレフィン系の樹脂材料を使用することが好適である。特に、ポリエチレンは、クリーニング用線材を構成する樹脂組成物の樹脂材料として好ましい。樹脂材料の含有量としては、１０質量％〜４０質量％であり、望ましくは２０質量％〜３０質量％である。

前記樹脂組成物は、所定の割合で充填剤を含有している必要がある。充填剤は、ノズルに残存する付着物を物理的に剥がし取る機能を有し、樹脂組成物が所定量含有することで、クリーニング効果が高いものとなる。

充填剤としては、無機フィラー等が使用でき、例えばタルク、炭酸カルシウム、マイカ、モンモリロナイト、水酸化アルミニウム、カオリン、ワラストナイト、シリカ、ウィスカ等を例示することができる。その他、炭素繊維（カーボンファイバ）、ガラス繊維（ガラスファイバやガラスウール等）等も使用可能である。

樹脂組成物における充填剤の含有量としては、３０質量％〜８０質量％とすることが好ましく、４０質量％〜６０質量％とすることがより好ましく、５０質量％〜６０質量％とすることがさらに好ましい。充填剤の含有量が３０質量％未満であると、十分なクリーニング効果を得ることができなくなるおそれがある。充填剤の含有量が８０質量％を越えると、相対的に樹脂材料の割合が減り、クリーニング用線材の形態を維持することが難しくなるおそれがある。

潤滑剤としては、公知の潤滑剤をいずれも使用することができ、例えば低分子ポリエチレン、パラフィン、ステアリン酸、べへニン酸、ヒドロキシステアリン酸、エルカ酸、オレイン酸などの脂肪酸および誘導体化物等が例示される。表面の清浄化効果等を考慮すると、脂肪酸金属塩系の潤滑剤（いわゆる金属石鹸）を用いることが好ましい。具体的には、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸亜鉛、ラウリン酸バリウム、ラウリン酸カルシウム等である。

樹脂組成物における潤滑剤の含有量としては、２０質量％以下とすることが好ましく、１０質量％以下とすることがより好ましい。潤滑剤の含有量が２０質量％を越えると、潤滑性が高くなりすぎ、充填剤によるクリーニング効果を十分に発揮できなくなるおそれがある。

樹脂組成物には、必要に応じて各種添加剤を加えてもよい。加える添加剤の種類も任意である。添加剤の添加量も任意であるが、あまり多すぎると充填剤や潤滑剤の割合が相対的に減少し、十分なクリーニング効果が得られなくなるおそれがあることから、１質量％〜１０質量％とすることが好ましい。

クリーニング用線材の形態としては、例えば図１，２に示す線条樹脂成形体のように単層構成としてもよいし、図３，４に示す線条樹脂成形体のように２層（多層）構成としてもよい。前者の場合、充填剤と潤滑剤を含有する樹脂組成物（クリーニング組成物）で線材を形成すればよい。後者の場合、比較的強度の高い樹脂材料により芯材（第１層）を形成し、その表面を覆って充填剤と潤滑剤を含有する樹脂組成物（クリーニング組成物）からなる第２層を形成すればよい。なお、この時、芯材（第１層）は、樹脂組成物（クリーニング組成物）が含有する樹脂材料と同じ樹脂材料によって構成することができる。

クリーニング用線材を２層構成とする場合、外層比率は２０％以上とすることが好ましい。外層比率が２０％未満であると、十分なクリーニング効果が得られなくなるおそれがある。なお、前記外層比率の上限は、特に規定されるものではないが、２層とすることの意義を考えると、８０％以下とすることが好ましい。

あるいは、クリーニング組成物を、当該クリーニング組成物を構成する樹脂材料と相溶性の悪い樹脂と混ぜ、いわゆる海島構造のクリーニング用線材とすることも好適な実施形態である。海島構造のクリーニング線材においては、クリーニング組成物が表面に点在する形になり、クリーニング組成物が間欠的に繰り返し摺接することで、良好なクリーニング効果が発揮される。

クリーニング用線材は、ある程度の強度を有することが好ましい。具体的には、クリーニング用線材のＪＩＳＫ７１１３：１９９５に準拠して測定される降伏点強度が７ＭＰａ以上であることが好ましい。降伏点強度は、ノズルへの押し込みやすさの指標になり、クリーニング用線材の降伏点強度が７未満であると、円滑な押し込みが難しくなるおそれがある。前記降伏点強度の上限は、特に規定されるものではないが、１２０ＭＰａ以下とすることが好ましい。

以上のような構成を有するクリーニング用線材は、造形材料である線条樹脂成形体と同様、リールから繰り出しながら３Ｄプリンタのノズルに供給することで、ノズルの内面に摺接し、クリーニングが行われる。また、それまで造形で使用していたフィラメント（線条樹脂成形体）が充填されているノズルに、次に造形に使用したいフィラメントを送り込む前に、洗浄用のフィラメント（クリーニング用線材）と速やかに置換が可能であり、且つ、次に造形に使用したいフィラメントによって速やかに置換する事ができるフィラメント（クリーニング用線材）をノズルへ充填する事で、それまで使用していたフィラメントから新たに使用するフィラメントへと円滑に置換される。

例えば、３Ｄプリンタにおいて、造形物の色や材質を変更する際に、色や材質の異なる線条樹脂成形体に切り替える前に、前記クリーニング用線材をノズルに供給し、クリーニングを行う。その後、色や材質の異なる線条樹脂成形体に切り替えれば、先の線条樹脂成形体が残存することによる混色や汚れを解消することができ、品質の高い造形物の成形が可能になる。多色の成形物を造形する場合等においても、同様の操作により混色や汚れ等を解消することができ、高品質の造形物を成形することが可能である。

次に、前述の線条樹脂成形体やクリーニング用線材の製造方法（製造ライン）について説明する。なお、本発明のクリーニング用線材は、造形材料である線条樹脂成形体と同様の工程で作製することができるので、以下においては、線条樹脂成形体の製造方法を例にして説明する。

図５に示すように、線条樹脂成形体１の製造ライン３０は、押出機３１、金型３２、サイジング装置３３、水槽３７、固定ローラ４１、外径寸法測定装置４２及び巻き取り装置４３を含む。

押出機３１は、原料樹脂組成物を溶融混練し、これを連続的に金型３２へと供給するもので、例えばスクリューが内蔵されるシリンダ、原料投入用のホッパ３１ａ、射出ノズル等を備えて構成されている。原料投入用のホッパから投入された原料樹脂組成物は、シリンダ内でスクリューにより溶融混練され、射出ノズルから金型３２へ射出される。

金型３２は、押出機３１からの溶融樹脂を水平方向に押し出すものであり、ここから押し出された溶融樹脂が冷却されて線条樹脂成形体１０となる。原料樹脂組成物は、用途等に応じて原料樹脂や各種添加材等を配合したものであり、任意の材料が選択可能である。

なお、例えば２層構成の線条樹脂成形体１０を製造する場合には、材料の異なる２種類の樹脂を同心円状に押し出せばよい。より具体的には、金型３２では、同心円状に配置される２つの出口から第１層２１の材料及び第２層２２の材料を押し出すことにより、多層化構造（２層化構造）の線条樹脂成形体１０の連続体を形成する。

図６は、２層構成の線条樹脂成形体１０を製造する場合に使用される装置の一例を示すものである。２層構成の線条樹脂成形体１０を成形する場合には、２台の押出機３１Ａ，３１Ｂを直交するように配置する。そして、例えば押出機３１Ａのホッパ３１ａから第１層を形成するための原料樹脂組成物を投入し、金型３２へと溶融押し出しするとともに、押出機３１Ｂのホッパ３１ｂから第２層を形成するための原料樹脂組成物を投入し、金型３２へと溶融押し出しする。それぞれの押出機３１Ａ，３１Ｂから押し出された原料樹脂組成物は、金型３２で合流し、芯となる第１層の周囲が第２層で被覆される。

２層構成の線条樹脂成形体１０を製造する場合に使用される金型３２としては、例えば図７に示すような多層金型を使用すればよい。本例の多層金型は、３つの金型部材３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃを組み合わせたものであり、各金型部材３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃは、それぞれ中央流路Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３を有している。原料樹脂組成物は、これら中央流路Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３で線条とされる。

また、金型部材３２Ｂは、前記中央流路Ｎ２を囲んで内部に円形金型部ＣＢを有するとともに、この円形金型部ＣＢの周囲に４つの貫通流路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を有する。貫通流路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、それぞれ金型部材３２Ｂを厚さ方向で貫通する形で形成されている。円形金型部ＣＢは、その中央に中央流路Ｎ２が形成されるとともに、円形面が金型部材３２Ｂの金型面から後退する形で形成されている。

金型部材３２Ｃは、前記中央流路Ｎ３を囲んで円環状流路ＣＲを有するとともに、円環状流路ＣＲの外側に半円形状の中間通路ＨＲを有する。この半円形状の中間通路ＨＲは、１８０°対称位置で円環条流路ＣＲと接続されている。さらに、金型部材３２Ｃは、この中間通路ＨＲの１箇所に接続される材料供給通路Ｘを有する。円環状流路ＣＲは、前記金型部材３２Ｂの貫通流路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と対向する。

前記３つの金型部材３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃを組み合わせた金型３２では、第１層２１を形成するための原料樹脂組成物は、押出機３１Ａから押し出され、金型部材３２Ｃの中央流路Ｎ３へと供給され、金型部材３２Ｂの中央流路Ｎ２、金型部材３２Ａの中央流路Ｎ１を経て、金型３２から引き出される。一方、第２層２２を形成するための原料樹脂組成物は、押出機３１Ｂから押し出され、金型部材３２Ｃの材料供給通路Ｘへと供給される。ここから供給された原料樹脂組成物は、半円形状の中間通路ＨＲを通って円環状流路ＣＲへ流れ込み、円環状流路ＣＲに対向して設けられた金型部材３２Ｂの各貫通流路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４へと供給される。貫通流路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４へと供給された原料樹脂材料は、金型部材３２Ａの金型面とこれから後退する形で形成される円形金型部ＣＢとの間の空間へと流れ込み、円形金型部ＣＢに設けられた中央流路Ｎ２から引き出される第１層２１の周面を被覆する。前記空間へ円環状に連なる貫通流路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４から原料樹脂材料を供給することで、ウエルドラインの発生が最小限に抑えられる。

水槽３７は、押出機３１から押し出された線条樹脂成形体１０の搬送方向に沿って長い箱状に形成される。線条樹脂成形体１０は、水槽３７の一端の壁から水槽３７内に導入され、水槽３７の他端の壁から導出される。水槽３７には、線条樹脂成形体１０を浸漬させ、線条樹脂成形体１０を冷却する水３７ａが貯留される。

サイジング装置３３は、水槽３７の一端の壁の内側に配置されており、押出機３１から水槽３７内に送られた線条樹脂成形体１０の断面を真円にし、かつ、線条樹脂成形体１０の外径寸法を所定の寸法に均一化させる機能を有する。断面円形の空間を有するサイジング装置３３を通過させることで、線条樹脂成形体１０の線形や線径がある程度整えられるが、それだけでは不十分であるため、ここでは、真空吸引によりこれを促進することとする。

図８及び図９に示すように、サイジング装置３３は、上下一対の下部材３３Ｄ及び上部材３３Ｕを備え、下部材３３Ｄ及び下部材３３Ｄのそれぞれの合わせ面には、線条樹脂成形体１０の連続体の搬送方向に沿って形成され、線条樹脂成形体１０を通す半円筒面状の第１の溝３３ａと、この第１の溝３３ａに対して直交するように交差する複数（この例では、互いに平行に並ぶ７本）の真空吸引用の第２の溝３３ｂとが設けられる。真空吸引用の第２の溝３３ｂの数は任意であり、サイジング装置３３を通過後の線条樹脂成形体１０の整形精度が十分良好なものとなるように適宜設定すればよい。また、真空吸引用の第２の溝３３ｂは、水平方向ばかりでなく、垂直方向、斜め方向等、任意の方向に設けることも可能であり、やはり整形精度が十分良好なものとなるように適宜設定すればよい。

サイジング装置３３において、真空吸引を行うことで、線条樹脂成形体１０に対して真空吸引力が働く。その結果、線条樹脂成形体１０の外周面が下部材３３Ｄ及び上部材３３Ｕに設けられた溝３３ａの断面円形の空間に臨む壁面に引き付けられ、溝３３ａにより形成される空間の形状、直径に整形される。これにより、サイジング装置３３を通過した線条樹脂成形体１０は、断面が概ね真円形状となり、その径は設定値（空間の直径）と概ね一致して一定となる。

固定ローラ４１は、サイジング装置３３を経て水槽３７内において線条樹脂成形体１０の姿勢を安定させ、かつ、巻き取り装置４３側に向けて線条樹脂成形体１０を搬送する。

外径寸法測定装置４２は、水槽３７で冷却された線条樹脂成形体１０の外径寸法を測定する。巻き取り装置４３は、外径寸法測定装置４２を経た線条樹脂成形体１０を挟んで下流側に搬送する上下一対の巻き取りローラ４３ａと、巻き取りローラ４３ａの下流側に配置され、線条樹脂成形体１０を巻き取る巻き取り軸４３ｃを有するボビン巻き取り機４３ｂとを備える。

次に、この製造ライン３０を用いて線条樹脂成形体１０を製造する方法について説明する。線条樹脂成形体１０を製造する方法は、押出工程、サイジング工程、冷却工程、寸法測定工程及び巻き取り工程を含む。

図５に示すように、押出工程では、押出機３１においてホッパ３１ａから投入された樹脂ペレットを溶融し、溶融した樹脂を金型３２から押し出す。この際、第１層２１を押し出すとともに第１層２１を被覆するように第２層２２を押し出して多層化構造の線条樹脂成形体１０を押し出す。この例では、金型３２から、外径（符号Ｄ１で示す）が２．２ｍｍの線条樹脂成形体１０が押し出される。

サイジング工程では、図８及び図９に示すように、サイジング装置３３において、線条樹脂成形体１０が、上下の第１の溝３３ａで形成される搬送通路３５に沿って走行し、同時に、複数の上下の第２の溝３３ｂで形成される吸引通路３６によって真空吸引されることにより、搬送通路３５の内径に合わせた均一な外径に形成される。この例では、外径Ｄ１が２．２ｍｍの線条樹脂成形体１０が、サイジング装置３３を通過することにより、その外径（符号Ｄ２で示す）が搬送方向において１．８０ｍｍに均一化される。

冷却工程では、外径（符号Ｄ２で示す）が１．８０ｍｍの線条樹脂成形体１０が、水槽３７を通過することにより冷却され、線条樹脂成形体１０の外径（符号Ｄで示す）が１．７５ｍｍに縮径される。

寸法測定工程では、線条樹脂成形体１０の外径を測定し、測定値が適正な大きさであるか否かを判定する。この例では、線条樹脂成形体１０の外径が１．７５ｍｍを中心とした所定の規格幅の範囲内であるか否かを判定する。線条樹脂成形体１０の外径が規格幅の範囲外である場合、外径が規格幅の範囲内になるように、各製造条件を見直す。

巻き取り工程では、線条樹脂成形体１０の外径が規格の範囲内である場合、巻き取り装置４３の巻き取りローラ４３ａでボビン巻き取り機４３ｂに送り、巻き取り軸４３ｃに線条樹脂成形体１０の連続体を巻き取っていく。所定長さの線条樹脂成形体１０が巻き取り軸４３ｃに巻き取られたら、新しい巻き取り軸４３ｃに線条樹脂成形体１０を巻き取るようにする。

以上の製造ラインにより製造される線条樹脂成形体１０は、サイジング装置３３において真空吸引しているので、線径が一定で真円に近い断面形状を有しており、これを例えば３次元オブジェクトの原料素材として用いることで、精度の高いモデリングの実現が可能である。

本発明のクリーニング用線材についても、同様の製造装置、製造工程を適用して成形が可能であるが、クリーニング用線材においては、造形材料である線条樹脂成形体ほど線径について精度が要求されないことから、例えばサイジング工程を省略することもできる。

以上、本発明を適用した実施形態についてを説明してきたが、本発明が前述の実施形態に限られるものでないことは言うまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。

以下、具体的な実施例について説明する。

（実施例１）
市販のクリーニング組成物（トーヨーカラー社製、商品名リオクリン−Ｚ）を用いてクリーニング用線材（ＪＩＳＫ７１１３：１９９５に準拠して測定した降伏点強度が７．３ＭＰａ）を作製した。前記組成物は、熱可塑性樹脂としてポリエチレンを３０質量％、無機充填材を６０質量％、滑材としてステアリン酸亜鉛を１０質量％含むものである。

（比較例１）
熱可塑性樹脂であるポリエチレンのみで構成したクリーニング用線材を作製した。

(効果の確認)
実施例１および比較例１で作製したクリーニング用線材に対し、各種評価を以下の通り実施して効果を確認した。すなわち、実施例１において、３Ｄプリンタでのノズル充填物の置換が容易であり、その後速やかに造形用のフィラメントで充填する事が出来、速やかに造形物を得ることができた。比較例１においては、３Ｄプリンタでのノズル充填物の置換が困難であり、その後速やかに造形用のフィラメントで充填することが出来なかった。

これら評価結果から明らかなように、本発明を適用したクリーニング用線材を使用することで、速やかにフィラメントの置換が可能であり。造形用のフィラメントのノズル内の充填時間を短縮することが可能である。したがって、これを例えば異なるフィラメントを用いた３次元オブジェクトを造形する際に用いることで、効率よく多数の造形物を得ることが可能である。

１０線条樹脂成形体
２１第１層
２２第２層
３０製造ライン
３１押出機
３２金型
３３サイジング装置
３７水槽
４２外径寸法測定装置
４３巻き取り装置
ｄ第１層の外径
Ｄ第２層の外径

Claims

熱溶融積層方式の３Ｄプリンタに用いられ、造形用のフィラメントと置換して３Ｄプリンタのヘッドに供給されノズルから押し出しされることでノズルを洗浄する洗浄用のフィラメントであって、
表面の少なくとも一部が充填剤と潤滑剤を含む樹脂組成物により形成されており、
前記充填剤は、無機フィラー、炭素繊維、ガラス繊維から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする洗浄用のフィラメント。
芯材となる第１層と、第１層を被覆する第２層とを有してなり、前記第２層が充填剤と潤滑剤を含む樹脂組成物により形成されていることを特徴とする請求項１記載の洗浄用のフィラメント。
前記樹脂組成物は、ポリエチレン樹脂を含有することを特徴とする請求項１または２記載の洗浄用のフィラメント。
前記潤滑剤は、脂肪酸金属塩であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の洗浄用のフィラメント。
ノズルに造形用のフィラメントを供給して３次元オブジェクトを造形する熱溶融積層方式の３Ｄプリンタのクリーニング方法であって、
表面の少なくとも一部が無機フィラー、炭素繊維、ガラス繊維から選ばれる少なくとも１種である充填剤と潤滑剤を含む樹脂組成物により形成されている洗浄用のフィラメントを前記造形用のフィラメントと置換して３Ｄプリンタのヘッドに供給し、ノズルから押し出しすることで、ノズルをクリーニングすることを特徴とする３Ｄプリンタのクリーニング方法。