JP7375494B2 - 可塑化装置、射出成形機及び三次元造形装置 - Google Patents

Description

本発明は、可塑化装置、射出成形機及び三次元造形装置に関する。

従来から、固形材料を可塑化する様々な可塑化装置が使用されている。このうち、バレルに対して螺旋状の溝が形成された略フラットな溝形成面を有するスクリュー（所謂フラットスクリュー）を回転することで材料を可塑化させつつ移動させる構成のものがある。例えば、特許文献１には、螺旋溝が形成されたローター（フラットスクリュー）と、中心部に連通孔を有し該ローターの端面と当接する位置に配置されたバレルと、を備える可塑化送出装置が開示されている。

特開２０１０－２４１０１６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるような、従来のフラットスクリューを備える可塑化装置においては、材料が逆流する場合があった。材料が逆流すると、連通孔への材料の供給能力が低下し、例えば、該可塑化装置を射出成形機や三次元造形装置などで使用した場合に材料の供給不良などを招く虞があった。そこで、本発明は、バレルに対して螺旋状の溝が形成されたフラットスクリューを回転することで材料を移動させる可塑化装置において材料の逆流を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の可塑化装置は、固形材料を可塑化する可塑化装置であって、駆動モーターと、前記駆動モーターの回転軸に沿って回転し、溝が形成された溝形成面を有するスクリューと、前記溝形成面に対向する対向面を有し、中央部に連通孔が設けられたバレルと、前記スクリュー及び前記バレルの少なくとも一方を加熱する加熱部と、を備え、前記溝形成面と前記対向面との間に、第１対向領域と、前記第１対向領域よりも前記中央部に近い第２対向領域と、を有し、前記第１対向領域の前記溝形成面と前記対向面との間隔である第１間隔よりも、前記第２対向領域の前記溝形成面と前記対向面との間隔である第２間隔の方が、大きいことを特徴とする。

本発明の実施例１の三次元造形装置の構成を表す概略正面図。 本発明の実施例１の三次元造形装置のスクリューを表す概略斜視図。 本発明の実施例１の三次元造形装置のスクリューに固形材料が充填されている状態を表す概略平面図。 本発明の実施例１の三次元造形装置のバレルを表す概略平面図。 本発明の実施例１の三次元造形装置のスクリューとバレルとを表す概略正面図。 本発明の実施例１の三次元造形装置を用いて三次元造形を行っている状態を表す概略正面図。 本発明の実施例１の三次元造形装置のバレルの一部を表す概略拡大正面図。 本発明の実施例２の三次元造形装置のバレルを表す概略平面図。 本発明の実施例３の三次元造形装置のスクリューとバレルとを表す概略正面図。 本発明の一実施例に係る射出成形機の構成を表す概略正面図。 参考例の三次元造形装置のスクリューとバレルとを表す概略正面図。

最初に、本発明について概略的に説明する。
上記課題を解決するための本発明の第１の態様の可塑化装置は、固形材料を可塑化する可塑化装置であって、駆動モーターと、前記駆動モーターの回転軸に沿って回転し、溝が形成された溝形成面を有するスクリューと、前記溝形成面に対向する対向面を有し、中央部に連通孔が設けられたバレルと、前記スクリュー及び前記バレルの少なくとも一方を加熱する加熱部と、を備え、前記溝形成面と前記対向面との間に、第１対向領域と、前記第１対向領域よりも前記中央部に近い第２対向領域と、を有し、前記第１対向領域の前記溝形成面と前記対向面との間隔である第１間隔よりも、前記第２対向領域の前記溝形成面と前記対向面との間隔である第２間隔の方が、大きいことを特徴とする。

本態様によれば、溝形成面と対向面との間に、第１対向領域と、第１対向領域よりも中央部側の位置に設けられるとともに第１対向領域よりも溝形成面と対向面との間隔が大きくなっている第２対向領域と、が設けられている。このように連通孔が設けられる中央部に対して近い位置に溝形成面と対向面との間隔が大きくなる第２対向領域を設けることで、第１対向領域から第２対向領域に材料を集中させやすくなり、第２対向領域側から第１対向領域側への材料の逆流を抑制することができる。

本発明の第２の態様の可塑化装置は、前記第１の態様において、前記第２間隔は、前記中央部に向かうにつれて大きくなり、前記回転軸の延びる方向である回転軸方向に沿った断面において、前記第１対向領域に対応する前記溝形成面及び前記対向面の少なくとも一方の面は、前記回転軸方向と垂直に交差する交差方向に対して第１の角度で傾斜しており、前記第２対向領域に対応する前記溝形成面及び前記対向面の少なくとも一方の面は、前記交差方向に対して第２の角度で傾斜しており、前記第１の角度と、前記第２の角度とは異なる角度であることを特徴とする。

本態様によれば、第２対向領域は、溝形成面と対向面との間隔が中央部側に向かうにつれて大きくなっているので、第２対向領域において連通孔が配置される中央部に向けて材料を集中させやすくなる。このため、第２対向領域における材料の逆流を抑制することができる。

本発明の第３の態様の可塑化装置は、前記第２の態様において、前記第２の角度は、０°より大きく、かつ５°以下であることを特徴とする。

本態様によれば、第２対向領域における傾斜角度を５°以下にすることで、第２間隔が大きくなりすぎないようにすることができる。第２間隔が大きくなりすぎると第２対向領域において対流が生じ材料の逆流を招く虞があるが、第２間隔が大きくなりすぎないようにすることで、第２対向領域において対流が生じて材料の逆流を招くことを抑制できる。

本発明の第４の態様の可塑化装置は、前記第２または第３の態様において、前記交差方向における前記第１対向領域と前記第２対向領域との境界は、下記式（１）の関係を満たす位置にあることを特徴とする。
１／３≦Ｌｂ／Ｌａ≦１／２．５・・・式（１）
（Ｌａは、前記交差方向における前記溝形成面又は前記対向面の外側端部から前記回転軸の回転中心までの直線距離を示し、Ｌｂは、前記交差方向における前記外側端部から前記境界までの直線距離を示す。）

本態様によれば、交差方向におけるスクリューとバレルとが対向する外側端部からスクリューの回転中心までの直線距離に対して、交差方向におけるスクリューとバレルとが対向する外側端部から第１対向領域と第２対向領域との境界部分までの直線距離が、１／３以上１／２．５以下とする。該比率が大きすぎると第１対向領域から第２対向領域に材料を集中させづらくなる場合があり、該比率が小さすぎると第２対向領域内で中央部に向けて材料を集中させづらくなる場合があるが、このような弊害を抑制できる。

本発明の第５の態様の可塑化装置は、前記第２から第４のいずれか１つの態様において、前記対向面は、前記第１対向領域に位置する第１対向面と、前記第２対向領域に位置する第２対向面を有し、前記第１対向面は、前記第１の角度で傾斜しており、前記第２対向面は、前記第２の角度で傾斜していることを特徴とする。

本態様によれば、対向面に第１対向面と第２対向面とを形成することで、第１対向領域と第２対向領域とを形成することができる。

本発明の第６の態様の可塑化装置は、前記第５の態様において、前記回転軸方向に沿った断面において、前記第１対向面は前記中央部側に向かうにつれて前記第１間隔が小さくなる斜面となっており、前記第２対向面は前記中央部側に向かうにつれて前記第２間隔が大きくなる斜面となっていることを特徴とする。

本態様によれば、第１対向面は中央部側に向かうにつれて第１間隔が小さくなる斜面となっている。一般的なスクリューは、中央部側に向かうにつれて溝が浅くなる、すなわち、溝を形成するリブが中央部側に向かうにつれて低くなることで中央部が外側よりも凹んだ状態となっている。このため、第１対向面において、一般的なスクリューに対して、溝形成面と対向面との間隔を狭くする、すなわち、該間隔が大きくなりすぎないようにすることで、対流が生じて材料の逆流を招くことを抑制できる。

本発明の第７の態様の可塑化装置は、前記第２から第４のいずれか１つの態様において、前記溝形成面は、前記第１対向領域に位置する第１溝形成面と、前記第２対向領域に位置する第２溝形成面を有し、前記第１溝形成面は、前記第１の角度で傾斜しており、前記第２溝形成面は、前記第２の角度で傾斜していることを特徴とする。

本態様によれば、溝形成面に第１溝形成面と第２溝形成面とを形成することで、第１対向領域と第２対向領域とを形成することができる。

本発明の第８の態様の可塑化装置は、前記第１から第７のいずれか１つの態様において、前記溝形成面は、前記バレルの前記連通孔に向かって突き出した突起部を有することを特徴とする。

本態様によれば、スクリューの中央部に突起を有することで、連通孔に効率的に材料を供給することができる。

本発明の第９の態様の可塑化装置は、前記第１から第８のいずれか１つの態様において、前記加熱部は、前記回転軸の延びる方向と垂直な断面において、前記第２対向領域とオーバーラップする位置に設けられる円形の加熱部であることを特徴とする。

本態様によれば、加熱部は第２対向領域とオーバーラップする位置に設けられるとともに円形であるので、効率的に材料を加熱して可塑化することができる。

本発明の第１０の態様の射出成形機は、前記第１から第９のいずれか１つの態様の可塑化装置と、前記可塑化装置で可塑化した材料を金型に射出する射出部と、を備えることを特徴とする。

本態様によれば、材料の逆流を抑制しつつ射出部から可塑化した材料を射出することができる。

本発明の第１１の態様の三次元造形装置は、前記第１から第９のいずれか１つの態様の可塑化装置と、前記可塑化装置で可塑化した材料をテーブルに向かって吐出して、前記テーブル上に三次元造形物を造形する吐出部と、を備えることを特徴とする。

本態様によれば、材料の逆流を抑制しつつ三次元造形物を造形することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。なお、以下の図はいずれも概略図であり、一部構成部材を省略または簡略化して表している。また、各図中のＸ軸方向は水平方向であり、Ｙ軸方向は水平方向であるとともにＸ軸方向と直交する方向であり、Ｚ軸方向は鉛直方向である。

［実施例１］
最初に、本発明の１実施形態である可塑化装置１を有する実施例１の三次元造形装置１００の全体構成について図１から図７を参照して説明する。なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、例えば１層分の層で構成される形状のように、いわゆる二次元形状の形状であっても厚さを有する形状を形成することも含まれる。また、「支持する」とは、下側から支持する場合の他、横側から支持する場合や、場合によっては上側から支持する場合も含む意味である。

図１で表されるように、本実施例の三次元造形装置１００における可塑化装置１は、三次元造形物を構成する固形材料としてのペレット１９を収容するホッパー２を備えている。ホッパー２に収容されたペレット１９は、供給管３を介して、略円柱状のフラットスクリューであるスクリュー４の円周面４ａに供給される。

図２で表されるように、スクリュー４の底面である溝形成面１８には、円周面４ａから中央部Ｃｐまで至る螺旋状の溝４ｂが形成されている。別の表現をすると、溝４ｂが形成されることに伴って形成されるリブ４ｄが溝形成面１８を形成している。本実施例の可塑化装置１は、このような構成となっているため、スクリュー４を図１で表される駆動モーター６でＺ軸方向に沿う方向を回転軸として回転させることにより、図３で表されるように、ペレット１９が円周面４ａから中央部Ｃｐまで送られる。なお、図１では省略されているが、駆動モーター６の昇温を抑制するため、駆動モーター６の近傍において冷却水が循環している。ここで、中央部Ｃｐとは、Ｚ軸方向に沿う方向から見た場合のスクリュー４の回転中心Ｃ（図７参照）周辺に対応する部分であり、スクリュー４の中央部のほか後述のバレル５の中央部をも表す意味である。

図１及び図５で表されるように、スクリュー４の溝形成面１８と対向する位置には、バレル５が所定の間隔を有して設けられている。そして、バレル５の上面である溝形成面１８に対する対向面８の近傍には、加熱部７としての円形ヒーター７Ａが設けられている。スクリュー４とバレル５とがこのような構成をしていることにより、スクリュー４を回転させることで、溝４ｂの位置に対応するとともにスクリュー４の溝形成面１８とバレル５の対向面８との間に形成される空間部分２０にペレット１９は供給され、ペレット１９は円周面４ａから中央部Ｃｐに移動する。なお、ペレット１９が溝４ｂによる空間部分２０を移動する際、ペレット１９は、円形ヒーター７Ａの熱により溶融すなわち可塑化される。また、ペレット１９は、狭い空間部分２０を移動することに伴う圧力で加圧される。こうして、ペレット１９は、可塑化されることで連通孔５ａを介してノズル１０ａに供給されてノズル１０ａから射出される。

ここで、図２、図３及び図５で表されるように、スクリュー４の中央部Ｃｐには、連通孔５ａの上端部分に一部が嵌まる、突起４ｅが設けられている。別の表現をすると、スクリュー４は中央部Ｃｐに突起４ｅを有し、バレル５は突起４ｅと対向する位置に突起４ｅが挿入される凹部を連通孔５ａに有している。このような構成となっていることで、本実施例の可塑化装置１は、連通孔５ａに効率的にペレット１９が可塑化された材料を供給することができる。

ここで、連通孔５ａ及び突起４ｅの水平方向における位置は、駆動モーター６の回転軸の位置に対応している。そして、連通孔５ａ及び突起４ｅの水平方向における中心位置は、図７で表されるスクリュー４の回転中心Ｃに対応している。なお、本実施例の可塑化装置１は、突起４ｅを有しているが、突起４ｅを有さない構成としてもよい。

水平方向から見た断面図である図５で表されるように、本実施例の可塑化装置１のスクリュー４は、中央部Ｃｐに向かうにつれてリブ４ｄがＺ軸方向において短くなっており溝４ｂが浅くなっている。本実施例の可塑化装置１のスクリュー４と同様、一般的なフラットスクリューにおいては、溝形成面１８は中央部Ｃｐに向かうにつれて凹んでいる構成が多い。このため、溝形成面１８との間隔を一定に保つため、図１１の参考例の三次元造形装置のような従来の可塑化装置においては、バレル５は連通孔５ａに向かうにつれて肉厚になる構成、すなわち、中央部Ｃｐに向けて対向面８が高くなる構成が多い。しかしながら、図１１の参考例の三次元造形装置で使用されるような従来の可塑化装置においては、図１１の矢印で表されるように、溝形成面１８と対向面８との間で材料が逆流する場合があった。

一方、図５で表されるように、本実施例の可塑化装置１のバレル５においては、水平方向から見た場合の境界部分５ｂよりも外側部分は図１１の参考例の可塑化装置と同様の構成であるが、水平方向から見た場合の境界部分５ｂよりも内側部分は連通孔５ａに向かうにつれて凹んでいる。このように連通孔５ａが設けられる中央部Ｃｐに対して近い位置に溝形成面１８と対向面８との間隔が大きくなる構成となっていることで、図５の矢印で表されるように、溝形成面１８と対向面８との間で材料を効果的に連通孔５ａに向かう方向に供給でき、材料が逆流することを抑制できる。なお、図５の矢印及び図１１の矢印は、材料の移動方向のイメージをしやすくするため対向面８に沿う直線で表しているが、実際には螺旋状の溝４ｂに沿って材料は移動する。

ここで一旦まとめると、本実施例の可塑化装置１は、固形材料を可塑化する可塑化装置であって、駆動モーター６と、駆動モーター６によって回転し、駆動モーター６の回転軸における回転軸方向であるＺ軸方向から見て中央部Ｃｐから外側に向かう螺旋状の溝４ｂが形成された溝形成面１８を有するスクリュー４と、溝形成面１８に対向する対向面８を有し、中央部Ｃｐと対向する位置に連通孔５ａが設けられたバレル５と、バレル５を加熱する加熱部７と、を備えている。そして、図５で表されるように、溝形成面１８と対向面８との間には、溝形成面１８と対向面８とが第１間隔Ｇ１で対向する第１対向領域２８ａと、溝形成面１８と対向面８とが対向する位置であって第１対向領域２８ａよりも中央部Ｃｐ側の位置に設けられるとともに、第１対向領域２８ａよりも溝形成面１８と対向面８との間隔である第２間隔Ｇ２が大きくなっている第２対向領域２８ｂと、が設けられている。このように、溝形成面１８と対向面８との間に、第１対向領域２８ａと、連通孔５ａが設けられる中央部Ｃｐに対して近い位置に溝形成面１８と対向面８との間隔が大きくなる第２対向領域２８ｂと、を有することで、第１対向領域２８ａから第２対向領域２８ｂに材料を集中させやすくなり、第２対向領域２８ｂ側から第１対向領域２８ａ側への材料の逆流を抑制することができる。なお、本実施例においては、固形材料を可塑化するための加熱部７はバレル５を加熱する構成であるが、スクリュー４を加熱する構成の加熱部７を用いてもよい。

ここで、溝形成面１８と対向面８との間に第１対向領域２８ａと第２対向領域２８ｂとを有する構成には、溝形成面１８及び対向面８の両方が、Ｘ軸及びＹ軸で構成される平面方向（水平方向）から見た場合に一直線上になっている構成、すなわち、第１対向領域２８ａと第２対向領域２８ｂとの境界がない構成は、含まれない。第１対向領域２８ａと第２対向領域２８ｂとの境界がない構成は、中央部Ｃｐ側へ材料を移動させる効率が良くない場合があるためである。本実施例においては、図５で表されるように、第１対向面８ａと第２対向面８ｂとの境界部分５ｂが、第１対向領域２８ａと第２対向領域２８ｂとの境界となっている。なお、ここで「中央部Ｃｐ」としては、例えば、平面視で中心位置から外径の３分の１程度の範囲とすることができる。

なお、第１間隔Ｇ１及び第２間隔Ｇ２は、いずれも溝形成面１８と対向面８との平均の間隔とすることができる。したがって、第１間隔Ｇ１よりも第２間隔Ｇ２の方が大きいとは、第１対向領域２８ａの平均間隔よりも第２対向領域２８ｂの平均間隔の方が大きければ足りる意味であり、溝形成面１８及び対向面８に凹凸や段差がある構成や溝形成面１８及び対向面８が平面状ではなく曲面状となっている構成などでも、第１対向領域２８ａの平均間隔よりも第２対向領域２８ｂの平均間隔の方が大きければ含む意味である。また、溝形成面１８と対向面８との間隔は、例えば、溝形成面１８のリブ４ｄの先端から対向面８までの間隔とすることができる。

ここで、図５で表されるように、Ｚ軸方向に沿った断面において、第２間隔Ｇ２は、中央部Ｃｐに向かうにつれて大きくなっている。別の表現をすると、第２間隔Ｇ２は、中央部Ｃｐに向かうにつれて大きくなり、回転軸の延びる方向である回転軸方向に沿った断面において、第１対向領域２８ａに対応する溝形成面１８及び対向面８の少なくとも一方の面は、該回転軸方向と垂直に交差する交差方向に対して第１の角度で傾斜しており、第２対向領域２８ｂに対応する溝形成面１８及び対向面８の少なくとも一方の面は、該交差方向に対して第２の角度で傾斜しており、第１の角度と第２の角度とは異なる角度である。すなわち、水平方向に沿った方向から見た場合において、第２対向領域２８ｂに対応する対向面８の水平方向に対する傾斜角度は、第１対向領域２８ａに対応する対向面８の水平方向に対する傾斜角度と異なっている。このように、第２対向領域２８ｂの溝形成面１８及び対向面８の少なくとも一方の水平方向に対する傾斜角度を第１対向領域２８ａの傾斜角度と異ならせ、第２対向領域２８ｂにおける溝形成面１８と対向面８との間隔が中央部Ｃｐ側に向かうにつれて大きくなるようにすることで、第２対向領域２８ｂにおいて連通孔５ａが配置される中央部Ｃｐに向けて材料を集中させやすくなる。このため、第２対向領域２８ｂにおける材料の逆流を抑制することができる。

また、図５で表されるように、対向面８に、第１対向領域２８ａに位置する第１対向面８ａと、第２対向領域２８ｂに位置するとともに水平方向から見た場合に第１対向面８ａと異なる角度となる第２対向面８ｂと、を有している。本実施例の可塑化装置１は、このような構成とすることで、第１対向領域２８ａと第２対向領域２８ｂとを形成している。ただし、対向面８に水平方向から見た場合に異なる角度となる２つの面を設けるではなく、溝形成面１８に水平方向から見た場合に異なる角度となる２つの面を設ける構成としてもよい。

なお、図５で表されるように、水平方向から見た場合、第１対向面８ａは中央部Ｃｐ側に向かうにつれて第１間隔Ｇ１が小さくなる斜面となっており、第２対向面８ｂは中央部Ｃｐ側に向かうにつれて第２間隔Ｇ２が大きくなる斜面となっている。上記のように本実施例のスクリュー４は、一般的なスクリューと同様、中央部Ｃｐ側に向かうにつれて溝４ｂが浅くなっている、すなわち、溝４ｂを形成するリブ４ｄが中央部Ｃｐ側に向かうにつれて低くなることで全体的に中央部Ｃｐが外側よりも凹んだ状態となっている。このため、本実施例では、第１対向面８ａにおいて、スクリュー４に対して、溝形成面１８と対向面８との間隔を狭くしている。すなわち、本実施例では、該間隔が大きくなりすぎないようにしていることで、対流が生じて材料の逆流を招くことを抑制している。また、図５で表されるように、水平方向から見た場合に対向面８が山なりの形状となっていることで、ペレット１９をスクリュー４の外側に溜めることができ、ペレット１９の可塑化が早まりすぎて材料の移動不良が生じることを抑制できる。

上記のように、加熱部７は円形の加熱部である円形ヒーター７Ａであり、図４で表されるように、Ｚ軸方向から見て、第２対向領域２８ｂとオーバーラップする位置に設けられている。加熱部７が第２対向領域２８ｂとオーバーラップする位置に設けられるとともに円形であることで、効率的に材料を加熱して可塑化することができる。

図４などで表されるように、平面視でバレル５の中央部Ｃｐには、溶融したペレット１９の移動経路である連通孔５ａが形成されている。図１で表されるように、連通孔５ａは、材料を吐出する吐出部としての射出部１０のノズル１０ａと繋がっている。連通孔５ａには、不図示のフィルターが設けられている。なお、本実施例のバレル５には形成されていないが、バレル５の対向面８に連通孔５ａに繋がる溝が形成されていてもよい。対向面８に連通孔５ａに繋がる溝が形成されることで、材料が連通孔５ａに向かって集まり易くなる場合がある。

ここで、射出部１０は、可塑化され流体状態の材料をノズル１０ａから連続的に射出することが可能な構成になっている。なお、図１で表されるように、射出部１０には、材料を所望の粘度にするためのヒーター９が設けられている。射出部１０から射出される材料は、線形の形状で射出される。そして、射出部１０から線状に材料を射出することで、図６で表されるように材料層Ｍを形成する。

本実施例の三次元造形装置１００では、ホッパー２及び供給管３を有するとともに、スクリュー４、バレル５、駆動モーター６及び射出部１０などで可塑化装置１を形成している。なお、本実施形態の三次元造形装置１００は、構成材料を射出する可塑化装置１を１つ備える構成であるが、構成材料を射出する可塑化装置１を複数備える構成としてもよいし、支持材料を射出する可塑化装置１を備えていてもよい。ここで、支持材料とは、構成材料層を支持するための支持材料層を形成するための材料である。

また、図１で表されるように、本実施例の三次元造形装置１００は、可塑化装置１から射出されることで形成される構成材料層を載置するためのステージユニット２２を備えている。なお、可塑化装置１及びステージユニット２２は、不図示の恒温槽に収納されている。ステージユニット２２は、実際に構成材料層が載置されるテーブルとしてのプレート１１を備えている。また、ステージユニット２２は、プレート１１が載置され、第１駆動部１５を駆動することによりＹ軸方向に沿って位置を変更可能な第１ステージ１２を備えている。また、ステージユニット２２は、第１ステージ１２が載置され、第２駆動部１６を駆動することによりＸ軸方向に沿って位置を変更可能な第２ステージ１３を備えている。そして、ステージユニット２２は、第３駆動部１７を駆動することによりＺ軸方向に沿って第２ステージ１３の位置を変更可能な基体部１４を備えている。

また、図１で表されるように、本実施例の三次元造形装置１００は、可塑化装置１の各種駆動及びステージユニット２２の各種駆動を制御する、制御ユニット２３と電気的に接続されている。制御ユニット２３の制御により、可塑化装置１及びステージユニット２２の各構成部材は、駆動される。

次に、図７を参照して、本実施例のバレル５の詳細構成について説明する。本実施例のバレル５は、第２対向領域２８ｂにおけるＸ軸及びＹ軸で構成される平面における第１対向領域側端部としての境界部分５ｂからスクリュー４の回転中心Ｃまでの長さをＬ１としたときに、Ｌ１は約３６．５ｍｍとなっている。また、第１対向領域２８ａがスクリュー４の回転中心Ｃまで至っていたと想定した場合における第１対向領域２８ａとスクリュー４の回転中心Ｃとの接点である第１仮想接点Ｃ１から第２対向領域２８ｂがスクリュー４の回転中心Ｃまで至っていたと想定した場合における第２対向領域２８ｂとスクリュー４の回転中心Ｃとの接点である第２仮想接点Ｃ２までの長さをＬ２としたときに、Ｌ２は約４ｍｍとなっている。そして、境界部分５ｂからＸ軸及びＹ軸で構成される平面とスクリュー４の回転中心Ｃとが交差する点をＣ３とした場合に、第１仮想接点Ｃ１からＣ３までの距離Ｌ２ａが約１ｍｍ、第２仮想接点Ｃ２からＣ３までの距離Ｌ２ｂが約３ｍｍとなっている。そして、スクリュー４の回転中心Ｃを通るＺ軸方向に沿う線と、境界部分５ｂから第２仮想接点Ｃ２まで至る仮想線と、で構成される角度Θは約８５°となっている。

別の表現をすると、第２対向領域２８ｂにおいては、水平方向に対する第２対向面８ｂの傾斜角度は約５°となっている。水平方向に対する第２対向面８ｂの傾斜角度を５°以下とすることで、第２対向領域２８ｂにおける溝形成面１８と対向面８との間隔である第２間隔Ｇ２が大きくなりすぎないようにすることができる。第２間隔Ｇ２が大きくなりすぎると第２対向領域２８ｂにおいて対流が生じ材料の逆流を招く虞があるが、第２間隔Ｇ２が大きくなりすぎないようにすることで、第２対向領域２８ｂにおいて対流が生じて材料の逆流を招くことを抑制できる。

本実施例のバレル５では、Ｌ２／Ｌ１は１／９弱となっているが、本実施例のバレル５のように、Ｌ２／Ｌ１＜１／９を満たす関係にあることが好ましい。Ｌ２／Ｌ１＜１／９を満たす関係にすることで、第２対向領域２８ｂにおける溝形成面１８と対向面８との間隔である第２間隔Ｇ２が大きくなりすぎないようにすることができる。特に、Ｌ２／Ｌ１が１／５を超えると材料の逆流を招く虞がある。

また、本実施例のバレル５は、Ｘ軸及びＹ軸で構成される平面における境界部分５ｂから第１対向領域２８ａにおける外側端部までの長さをＬ３とすると、Ｌ３は約２３．５ｍｍとなっている。本実施例のバレル５では、Ｌ１／Ｌ３は１．６弱となっているが、本実施例のバレル５のように、Ｌ１／Ｌ３が１．５以上２．０以下を満たす関係にあることが好ましい。別の表現をすると、Ｘ軸及びＹ軸で構成される平面方向から見た場合の第１対向領域２８ａの範囲の長さに対する第２対向領域２８ｂの範囲の長さの比率が、１．５倍以上２．０倍以下であることが好ましい。該比率が小さすぎると第１対向領域２８ａから第２対向領域２８ｂに材料を集中させづらくなる場合があり、該比率が大きすぎると第２対向領域２８ｂ内で中央部Ｃｐに向けて材料を集中させづらくなる場合があるが、このような弊害を抑制できるためである。

別の表現をすると、境界部分５ｂの位置は、下記式（１）の関係を満たす位置にあることが好ましい。
１／３≦Ｌｂ／Ｌａ≦１／２．５・・・式（１）
（Ｌａは、水平方向における溝形成面１８又は対向面８の外側端部から回転軸の回転中心Ｃまでの直線距離を示し、図７におけるＬ１＋Ｌ３に対応する。Ｌｂは、水平方向における該外側端部から境界部分５ｂまでの直線距離を示し、図７におけるＬ３に対応する。）
すなわち、水平方向におけるスクリュー４とバレル５とが対向する外側端部からスクリュー４の回転中心Ｃまでの直線距離に対して、水平方向におけるスクリュー４とバレル５とが対向する外側端部から第１対向領域２８ａと第２対向領域２８ｂとの境界部分５ｂまでの直線距離が、１／３以上１／２．５以下とすることが好ましい。該比率が大きすぎると第１対向領域２８ａから第２対向領域２８ｂに材料を集中させづらくなる場合があり、該比率が小さすぎると第２対向領域３８ｂ内で中央部Ｃｐに向けて材料を集中させづらくなる場合があるが、このような弊害を抑制できるためである。

［実施例２］
次に、実施例２の可塑化装置１について、図８を参照して説明する。なお、図８は実施例１の可塑化装置１における図４に対応する図であるとともに、図８において上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。ここで、本実施例の可塑化装置１は、上記で説明した実施例１の可塑化装置１と同様の特徴を有しているとともに、下記での説明箇所以外は実施例１の可塑化装置１と同様の形状をしている。

図８で表されるように、本実施例の可塑化装置１は、加熱部７として、円形ヒーター７Ａの代わりに、Ｙ軸方向に沿って延びる４本の棒状ヒーター７Ｂを有している。このように、本発明は、加熱部７として様々な形状のものを使用できる。

［実施例３］
次に、実施例３の可塑化装置１について、図９を参照して説明する。なお、図９は実施例１の可塑化装置１における図５に対応する図であるとともに、図９において上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。ここで、本実施例の可塑化装置１は、上記で説明した実施例１の可塑化装置１と同様の特徴を有しているとともに、下記での説明箇所以外は実施例１の可塑化装置１と同様の形状をしている。

上記のように、実施例１の可塑化装置１においては、対向面８に第１対向面８ａと第２対向面８ｂとを形成することで第１対向領域２８ａと第２対向領域２８ｂとを形成していた。一方、図９で表されるように、本実施例の可塑化装置１においては、溝形成面１８に第１溝形成面１８ａと第２溝形成面１８ｂとを形成することで第１対向領域２８ａと第２対向領域２８ｂとを形成している。別の表現をすると、本実施例の可塑化装置１の溝形成面１８は、第１対向領域２８ａに位置する第１溝形成面１８ａと、第２対向領域２８ｂに位置するとともにＸ軸及びＹ軸で構成される平面方向から見た場合に第１溝形成面１８ａと異なる傾斜角度となる第２溝形成面１８ｂと、を有している。

このように、本発明は、対向面８に第１対向面８ａと第２対向面８ｂとを形成することで第１対向領域２８ａと第２対向領域２８ｂとを形成してもよいし、溝形成面１８に第１溝形成面１８ａと第２溝形成面１８ｂとを形成することで第１対向領域２８ａと第２対向領域２８ｂとを形成してもよい。さらには、対向面８に第１対向面８ａと第２対向面８ｂとを形成するとともに、溝形成面１８に第１溝形成面１８ａと第２溝形成面１８ｂとを形成することで、第１対向領域２８ａと第２対向領域２８ｂとを形成してもよい。

［射出成形機］
実施例１から実施例３の可塑化装置１のような本発明の可塑化装置は、三次元造形装置１００以外の装置にも採用できる。以下に、本発明の可塑化装置を備える射出成形機の実施例について図１０を参照して説明する。

本実施例の射出成形機２００は、実施例１の可塑化装置１のような溝形成面１８を有するスクリュー４と対向面８を有するバレル５とを有する可塑化装置１を備えている。また、本実施例の射出成形機２００は、射出制御機構２１０と、金型部２３０と、型締装置２４０とを備えている。

可塑化装置１は、スクリュー４とバレル５とを有している。上記のように、スクリュー４及びバレル５の具体的な溝形成面１８及び対向面８の構成は、実施例１のスクリュー４及びバレル５の構成と同じである。可塑化装置１は、制御部２５０の制御下で、スクリュー４の溝４ｂに供給された材料の少なくとも一部を可塑化し、流動性を有するペースト状の溶融材料を生成して射出部１０へと導く。

射出制御機構２１０は、射出シリンダー２１１と、プランジャー２１２と、プランジャー駆動部２１３とを備えている。射出制御機構２１０は、射出シリンダー２１１内の溶融材料を後述するキャビティーＣｖに射出する機能を有している。射出制御機構２１０は、制御部２５０の制御下で、ノズル１０ａからの溶融材料の射出量を制御する。射出シリンダー２１１は、バレル５の連通孔５ａ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２１２を備えている。プランジャー２１２は、射出シリンダー２１１の内部を移動し、射出シリンダー２１１内の溶融材料を、ノズル１０ａ側に圧送する。プランジャー２１２は、モーターによって構成されるプランジャー駆動部２１３により駆動される。

金型部２３０は、可動金型２３１と固定金型２３２とを備えている。可動金型２３１と固定金型２３２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Ｃｖを有している。キャビティーＣｖには、溶融材料が射出制御機構２１０によって圧送されてノズル１０ａを介して射出される。

型締装置２４０は、金型駆動部２４１を備えており、可動金型２３１と固定金型２３２との開閉を行う機能を有している。型締装置２４０は、制御部２５０の制御下で、金型駆動部２４１を駆動して可動金型２３１を移動させて金型部２３０を開閉させる。

本実施例の射出成形機２００は、実施例１と同じ溝形成面１８を有するスクリュー４と対向面８を有するバレル５とを有する可塑化装置１を備えているので、可塑化装置１からの溶融材料の供給を安定化できる。そのため、ノズル１０ａからの溶融材料の射出を安定化できる。なお、射出成形機２００には、実施例１と同じ溝形成面１８を有するスクリュー４と対向面８を有するバレル５とを有する可塑化装置１の代わりに、実施例２または実施例３と同じ溝形成面１８を有するスクリュー４と対向面８を有するバレル５とを有する可塑化装置１が設けられてもよい。

本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…可塑化装置、２…ホッパー、３…供給管、４…スクリュー、
４ａ…円周面、４ｂ…溝、４ｄ…リブ、４ｅ…突起、５…バレル、
５ａ…連通孔（凹部）、５ｂ…境界部分、６…駆動モーター、７…加熱部、
７Ａ…円形ヒーター、７Ｂ…棒状ヒーター、８…対向面、８ａ…第１対向面、
８ｂ…第２対向面、９…ヒーター、１０…射出部、１０ａ…ノズル、１１…プレート、
１２…第１ステージ、１３…第２ステージ、１４…基体部、１５…第１駆動部、
１６…第２駆動部、１７…第３駆動部、１８…溝形成面、１８ａ…第１溝形成面、
１８ｂ…第２溝形成面、１９…ペレット（固形材料）、２０…空間部分、
２２…ステージユニット、２３…制御ユニット、２８ａ…第１対向領域、
２８ｂ…第２対向領域、１００…三次元造形装置、２００…射出成形機、
２１０…射出制御機構、２１１…射出シリンダー、２１２…プランジャー、
２１３…プランジャー駆動部、２３０…金型部、２３１…可動金型、
２３２…固定金型、２４０…型締装置、２４１…金型駆動部、Ｃｐ…中央部、
Ｃｖ…キャビティー、Ｇ１…第１間隔、Ｇ２…第２間隔、Ｍ…材料層

Claims (9)

1. 固形材料を可塑化する可塑化装置であって、
   駆動モーターと、
   前記駆動モーターによって回転軸を中心に回転し、溝が形成された溝形成面を有するスクリューと、
   前記溝形成面に対向する対向面を有し、中央部に連通孔が設けられたバレルと、
   前記スクリュー及び前記バレルの少なくとも一方を加熱する加熱部と、
   を備え、
   前記溝形成面と前記対向面との間に、第１対向領域と、前記第１対向領域よりも前記中央部に近い第２対向領域と、を有し、
   前記第１対向領域の前記溝形成面と前記対向面との間隔である第１間隔よりも、前記第２対向領域の前記溝形成面と前記対向面との間隔である第２間隔の方が、大きく、
   前記第２間隔は、前記中央部に向かうにつれて大きくなり、
   前記溝形成面は、前記第１対向領域に位置する第１溝形成面と、前記第２対向領域に位置する第２溝形成面を有し、
   前記回転軸の延びる方向である回転軸方向に沿った断面において、
   前記第１溝形成面は、前記回転軸方向と垂直に交差する交差方向に対して第１の角度で傾斜しており、
   前記第２溝形成面は、前記交差方向に対して第２の角度で傾斜しており、
   前記第１の角度と、前記第２の角度とは異なる角度であることを特徴とする可塑化装置。
2. 請求項１に記載の可塑化装置において、
   前記第２の角度は、０°より大きく、かつ５°以下であることを特徴とする可塑化装置。
3. 請求項１または２に記載の可塑化装置において、
   前記交差方向における前記第１対向領域と前記第２対向領域との境界は、下記式（１）の関係を満たす位置にあることを特徴とする可塑化装置。
   １／３≦Ｌｂ／Ｌａ≦１／２．５・・・式（１）
   （Ｌａは、前記交差方向における前記溝形成面又は前記対向面の外側端部から前記回転軸の回転中心までの直線距離を示し、Ｌｂは、前記交差方向における前記外側端部から前記境界までの直線距離を示す。）
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の可塑化装置において、
   前記対向面は、前記第１対向領域に位置する第１対向面と、前記第２対向領域に位置する第２対向面を有し、
   前記回転軸方向に沿った断面において、
   前記第１対向面は、前記交差方向に対して第３の角度で傾斜しており、前記第２対向面は、前記交差方向に対して第４の角度で傾斜しており、
   前記第３の角度と、前記第４の角度とは異なる角度であることを特徴とする可塑化装置。
5. 請求項４に記載の可塑化装置において、
   前記回転軸方向に沿った断面において、前記第１対向面は前記中央部側に向かうにつれて前記第１間隔が小さくなる斜面となっており、前記第２対向面は前記中央部側に向かうにつれて前記第２間隔が大きくなる斜面となっていることを特徴とする可塑化装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の可塑化装置において、
   前記溝形成面は、前記バレルの前記連通孔に向かって突き出した突起部を有することを特徴とする可塑化装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の可塑化装置において、
   前記加熱部は、前記回転軸の延びる方向と垂直な断面において、前記第２対向領域とオーバーラップする位置に設けられる円形の加熱部であることを特徴とする可塑化装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の可塑化装置と、
   前記可塑化装置で可塑化した材料を金型に射出する射出部と、
   を備えることを特徴とする射出成形機。
9. 請求項１から７のいずれか１項に記載の可塑化装置と、
   前記可塑化装置で可塑化した材料をテーブルに向かって吐出して、前記テーブル上に三次元造形物を造形する吐出部と、
   を備えることを特徴とする三次元造形装置。

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