JP2022007237A - 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】結晶性、非晶性のいずれの樹脂を含む材料でも可塑化することのできる技術を提供する。【解決手段】可塑化装置は、駆動モーターと、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ローターと、溝形成面に対向する対向面を有し、対向面に連通孔を有するバレルと、溝とバレルとの間に供給された材料を加熱する加熱部と、駆動モーターおよび加熱部を制御して、溝とバレルとの間に供給された材料を可塑化して連通孔から流出させる制御部と、を備え、対向面は、第１領域と第１領域よりも連通孔に近い第２領域とを有し、制御部は、加熱部を制御して、第２領域の温度を第１領域の温度よりも高くし、制御部は、加熱部を制御して、材料が結晶性樹脂を有する場合に、材料が非晶性樹脂を有する場合と比較して、第１領域と第２領域の温度差を小さくする。【選択図】図４

Description

本開示は、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。

熱可塑性の樹脂を可塑化する可塑化装置に関し、例えば、特許文献１には、螺旋溝が形成されたローターと、ローターに対向するバレルと、加熱部とを備える装置が記載されている。この装置では、加熱部によって材料を加熱しつつローターを回転させて、螺旋溝内に供給された樹脂材料を可塑化する。

特開２００９－２６９１８２号公報

熱可塑性の樹脂の種類として、結晶性の樹脂や非晶性の樹脂が存在する。これらの樹脂を可塑化する場合、その種類に応じて可塑化のための適切な加熱条件が異なる。そのため、上記のようなローターとバレルと加熱部とを備える装置において、結晶性、非晶性のいずれの樹脂を含む材料でも良好に可塑化することのできる技術が求められている。

本開示の第１の形態によれば、可塑化装置が提供される。この可塑化装置は、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ローターと、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を有するバレルと、前記溝と前記バレルとの間に供給された材料を加熱する加熱部と、前記駆動モーターおよび前記加熱部を制御して、前記溝と前記バレルとの間に供給された前記材料を可塑化して前記連通孔から流出させる制御部と、を備え、前記対向面は、第１領域と前記第１領域よりも前記連通孔に近い第２領域とを有し、前記制御部は、前記加熱部を制御して、前記第２領域の温度を前記第１領域の温度よりも高くし、前記制御部は、前記加熱部を制御して、前記材料が結晶性樹脂を有する場合に、前記材料が非晶性樹脂を有する場合と比較して、前記第１領域と前記第２領域の温度差を小さくする。

本開示の第２の形態によれば、上記形態の可塑化装置と、前記連通孔に連通し、可塑化された前記材料を成形型に射出するノズルと、を備える射出成形装置が提供される。

本開示の第３の形態によれば、上記形態の可塑化装置と、前記連通孔に連通し、可塑化された前記材料をテーブルに向けて吐出するノズルと、を備える三次元造形装置が提供される。

第１実施形態における射出成形装置の概略構成を示す正面図である。 射出成形装置の概略構成を示す断面図である。 ローターの構成を示す斜視図である。 バレルの構成を示す斜視図である。 バレル付近の構成を拡大して示す断面図である。 温度設定処理のフローチャートである。 第２実施形態における加熱部の構成を示す説明図である。 第３実施形態におけるローターおよびバレルの形態を示す断面図である。 第４実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す断面図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における射出成形装置１０の概略構成を示す正面図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向を示す矢印が示されている。Ｘ方向およびＹ方向は、水平面に平行な方向であり、Ｚ方向は、重力方向とは反対の方向である。図２以降に示すＸ，Ｙ，Ｚ方向は、図１に示すＸ，Ｙ，Ｚ方向に対応している。以下の説明において、向きを特定する場合には、矢印の指し示す方向である正の方向を「＋」、矢印の指し示す方向とは反対の方向である負の方向を「－」として、方向表記に正負の符合を併用する。

射出成形装置１０は、可塑化部１００と型締部１７０とを備えている。可塑化部１００は、可塑化装置とも呼ばれる。可塑化部１００と型締部１７０とは、それぞれ、基台２０に固定されている。基台２０には、制御部５００が備えられている。射出成形装置１０は、型締部１７０に装着された成形型１６０内に、可塑化部１００から溶融材料を射出して成形品を成形する。本実施形態では、型締部１７０には、金属製の成形型１６０が装着されている。型締部１７０に装着される成形型１６０は、金属製に限られず、樹脂製あるいはセラミック製でもよい。金属製の成形型１６０のことを金型と呼ぶ。

可塑化部１００には、成形品の材料が投入されるホッパー３０が接続されている。成形品の材料として、例えば、ペレット状に形成された熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂の種類としては、結晶性樹脂および非晶性樹脂がある。周知のとおり、結晶性樹脂は、ガラス転移点および融点を有するのに対して、非晶性樹脂は、融点を有さず、ガラス転移点のみを有する。これらの樹脂を可塑化可能な温度、すなわち、溶解軟化開始温度は、結晶性樹脂は、融点であり、非晶性樹脂は、ガラス転移点である。結晶性樹脂の融点は、概ね、非晶性樹脂のガラス転移点よりも高い。そのため、結晶性樹脂は、非晶性樹脂と比較して、可塑化可能な温度が高い傾向にある。

結晶性樹脂としては、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＡ（ポリアミド）、ポリアセタールポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等がある。非晶性樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）がある。

可塑化部１００は、ホッパー３０から供給された材料を可塑化して溶融材料にして、型締部１７０に装着された成形型１６０に溶融材料を射出する。本実施形態では、「可塑化」とは、熱可塑性を有する材料に熱が加わり溶融することを意味する。また、「溶融」とは、熱可塑性を有する材料が融点以上の温度に加熱されて液状になることのみならず、熱可塑性を有する材料がガラス転移点以上の温度に加熱されることにより軟化し、流動性が発現することをも意味する。

制御部５００は、１つ、または、複数のプロセッサーと、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イスとを備えるコンピューターによって構成されている。プロセッサーが主記憶装置上にプログラムを読み込んで実行することにより、制御部５００は、可塑化部１００と型締部１７０とを制御し、成形品の製造を行う。本実施形態の制御部５００は、タッチパネル２１に材料のリストを表示し、ユーザーからタッチパネル２１を介して材料の選択を受け付ける。つまり、制御部５００は、ユーザーから材料の種類を含む材料情報を取得する機能を有している。制御部５００は、その材料情報に基づいて、材料が結晶性樹脂であるか非晶性樹脂であるかを判断し、材料の加熱条件を設定する。なお、制御部５００は、コンピューターによって構成される代わりに、複数の回路を組み合わせることにより構成されてもよい。

図２は、射出成形装置１０の概略構成を示す断面図である。図２には、図１の下方側、すなわち、－Ｚ方向から射出成形装置１０を見た断面を示している。上述したように、射出成形装置１０は、可塑化部１００と型締部１７０とを備えており、成形型１６０が取り付けられる。

可塑化部１００は、溶融部１２０と、射出制御部１５０と、ノズル１５６とを備えている。

溶融部１２０は、ケース１２１と、駆動モーター１２２と、ローター１３０と、バレル１４０と、加熱部１６５と、逆止弁１４９とを、備えている。溶融部１２０は、ホッパー３０から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制御部１５０へと導く。

ローター１３０は、その中心軸ＲＸに沿った方向の高さが直径よりも小さい略円柱形状を有している。ローター１３０は、ケース１２１とバレル１４０とによって囲まれた空間に収容されている。ローター１３０は、バレル１４０に対向する端面に、中心軸ＲＸに略垂直な溝形成面１３２を有している。ローター１３０の溝形成面１３２は、中心軸ＲＸに略垂直なバレル１４０の対向面１４２と対向する。ローター１３０の、溝形成面１３２とは反対側の面には、駆動モーター１２２が接続されている。ローター１３０は、駆動モーター１２２が発生させるトルクによって、中心軸ＲＸを中心に回転する。駆動モーター１２２は、制御部５００の制御下で駆動される。なお中心軸ＲＸを、ローター１３０の回転軸と呼ぶこともある。

図３は、ローター１３０の溝形成面１３２側の構成を示す斜視図である。図３には、ローター１３０の中心軸ＲＸの位置が一点鎖線で示されている。溝形成面１３２には、溝１３５が設けられている。ローター１３０のことを、「フラットスクリュー」あるいは「スクロール」と呼ぶことも可能である。

ローター１３０の溝１３５は、いわゆるスクロール溝を構成する。溝１３５は、中央部１３７から、ローター１３０の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。溝１３５は、インボリュート曲線状や、螺旋状に延びるように構成されてもよい。溝形成面１３２には、溝１３５の側壁部を構成し、各溝１３５に沿って延びている凸条部１３６が設けられている。溝１３５は、ローター１３０の側面１３３に設けられた材料導入口１３４まで連続している。この材料導入口１３４は、溝１３５に材料を受け入れる部分である。ホッパー３０から供給された材料は、材料導入口１３４を介して、ローター１３０とバレル１４０との間に供給される。

ローター１３０の溝形成面１３２の中央部１３７は、溝１３５の一端が接続されている窪みとして構成されている。中央部１３７は、図４に示すバレル１４０の対向面１４２に設けられた連通孔１４６に対向する。中央部１３７は、中心軸ＲＸと交差する。

図３には、３つの溝１３５と、３つの凸条部１３６と、３つの材料導入口１３４を有するローター１３０の例が示されている。ローター１３０に設けられる溝１３５、凸条部１３６および材料導入口１３４の数は、３つに限定されない。ローター１３０には、１つの溝１３５のみが設けられていてもよいし、２以上の複数の溝１３５が設けられていてもよい。また、溝１３５の数に合わせて任意の数の凸条部１３６および材料導入口１３４が設けられてもよい。

図４は、バレル１４０の対向面１４２側の構成を示す斜視図である。上述したように、バレル１４０は、ローター１３０の溝形成面１３２に対向する対向面１４２を有している。対向面１４２の中央には、ノズル１５６に連通する連通孔１４６が設けられている。対向面１４２における連通孔１４６の周りには、複数の案内溝１４４が設けられている。それぞれの案内溝１４４は、一端が連通孔１４６に接続され、連通孔１４６から対向面１４２の外周に向かって渦状に延びている。それぞれの案内溝１４４は、造形材料を連通孔１４６に導く機能を有している。なお、案内溝１４４は形成されていなくてもよい。

対向面１４２は、第１領域ＡＲ１と第２領域ＡＲ２とを有する。第１領域ＡＲ１および第２領域ＡＲ２は、共に環状の領域であり、第２領域ＡＲ２は、第１領域ＡＲ１よりも連通孔１４６に近い領域である。

図５は、図２におけるバレル１４０付近の構成を拡大して示す断面図である。図５に示すように、バレル１４０は、本体部１４１と、対向面１４２を構成する表面部１４３とを有する。表面部１４３は、本体部１４１の－Ｙ方向側の面に固定されている。本体部１４１と表面部１４３との間には、加熱部１６５が配置されている。つまり、加熱部１６５は、バレル１４０内に埋め込まれている。加熱部１６５は、ローター１３０の溝１３５とバレル１４０との間に供給された材料を加熱する。

加熱部１６５は、第１加熱部１６６と第２加熱部１６７とを備える。本実施形態において、第１加熱部１６６および第２加熱部１６７は、ローター１３０の溝形成面１３２に垂直な方向、すなわちＹ方向から見たときに、共に、連通孔１４６を取り囲む形状を有している。具体的には、第１加熱部１６６および第２加熱部１６７は、それぞれ環状の形状を有している。第１加熱部１６６および第２加熱部１６７は、例えば、窒化アルミヒーターによって構成される。なお、第１加熱部１６６および第２加熱部１６７は、窒化アルミヒーター以外にも、例えば、窒化ケイ素等の他のセラミックスを用いたヒーターであってもよいし、電熱線を環状に形成したヒーターであってもよい。

第２加熱部１６７の直径は、第１加熱部１６６の直径よりも小さい。第２加熱部１６７は、第１加熱部１６６よりも、連通孔１４６に近い位置に配置されている。第１加熱部１６６および第２加熱部１６７は、制御部５００によって個別に制御される。制御部５００は、第１加熱部１６６を制御することにより、対向面１４２の第１領域ＡＲ１の温度を調整する。制御部５００は、第２加熱部１６７を制御することにより、対向面１４２の第２領域ＡＲ２の温度を調整する。第１領域ＡＲ１および第２領域ＡＲ２には、それぞれ図示していない温度センサーが設けられており、温度センサーによって測定された温度が所望の温度になるように、制御部５００は、第１加熱部１６６および第２加熱部１６７を制御する。

対向面１４２の第２領域ＡＲ２よりも外側、かつ、ローター１３０の外側には、冷媒流路１９０が環状に配置されている。冷媒流路１９０は、ケース１２１に凹部を形成することにより形成されている。冷媒流路１９０に冷媒が循環されることにより、第１領域ＡＲ１の外周部付近およびローター１３０の材料導入口１３４付近が冷却される。冷媒としては例えば、水が用いられる。

溶融部１２０は、ローター１３０の溝１３５とバレル１４０との間に供給された材料を加熱部１６５によって加熱しながら、ローター１３０をバレル１４０に対して回転させることで、材料を連通孔１４６まで搬送しつつ可塑化する。そして、可塑化した材料を、連通孔１４６から、射出制御部１５０およびノズル１５６へと流出させる。連通孔１４６内には逆止弁１４９が設けられている。逆止弁１４９は、連通孔１４６からローター１３０の溝１３５への、材料の逆流を抑制する。

射出制御部１５０は、シリンダー１５１と、プランジャー１５２と、プランジャー駆動部１５３とを、備えている。シリンダー１５１は、バレル１４０の連通孔１４６に接続された略円筒状の部材である。プランジャー１５２は、シリンダー１５１の内部を移動する。プランジャー１５２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１５３により駆動される。プランジャー駆動部１５３は、制御部５００によって制御される。

射出制御部１５０は、制御部５００の制御下で、プランジャー１５２をシリンダー１５１内で摺動させることによって、計量動作と射出動作とを実行する。計量動作とは、連通孔１４６から離れる方向にプランジャー１５２を移動させることによって、連通孔１４６内の溶融材料をシリンダー１５１内へと導いて、シリンダー１５１内で計量する動作をいう。射出動作とは、連通孔１４６へ近付く方向にプランジャー１５２を移動させることによって、シリンダー１５１内の溶融材料を、ノズル１５６を介して成形型１６０型に射出する動作をいう。

上述したように、ノズル１５６は、連通孔１４６と連通する。上述した計量動作と射出動作とが実行されることによって、シリンダー１５１内で計量された溶融材料が、射出制御部１５０から連通孔１４６を介してノズル１５６へと送られる。

ノズル１５６へと送られた溶融材料は、ノズル１５６から成形型１６０のキャビティー１６４へと射出される。成形型１６０は、互いに対面する可動型１６２および固定型１６３を有し、両者の間にキャビティー１６４を有している。キャビティー１６４は、可動型１６２および固定型１６３に形成された凹凸形状によって区画される。

型締部１７０は、型駆動部１７１と、ボールねじ１７２とを備えている。型駆動部１７１は、モーターやギア等によって構成され、ボールねじ１７２を介して可動型１６２に接続されている。型駆動部１７１の駆動は、制御部５００によって制御される。ボールねじ１７２は、型駆動部１７１の駆動による動力を可動型１６２に伝達する。型締部１７０は、制御部５００の制御下で、型駆動部１７１およびボールねじ１７２によって可動型１６２を移動させることによって、成形型１６０の型開き、すなわち、可動型１６２を固定型１６３から離間させる動作を行う。成形型１６０の型開きが行われると、エジェクターピン１８１によって、成形品がキャビティー１６４から離型される。

図６は、制御部５００が実行する温度設定処理のフローチャートである。この処理は、射出成形装置１０において実際に射出成形が行われるのに先立って制御部５００によって実行される処理である。まず、制御部５００は、ステップＳ１０において、タッチパネル２１を介してユーザーから材料の種類を表す材料情報を取得する。制御部５００は、射出成形装置１０に接続された装置や、ネットワークあるいは記録媒体から材料情報を取得してもよい。

ステップＳ２０において、制御部５００は、取得した材料情報に基づいて、材料が、非晶性樹脂であるか結晶性樹脂であるかを判定する。制御部５００は、例えば、材料と、その材料の種類が非晶性樹脂であるか結晶性樹脂であるかの対応関係を示すテーブルを参照することによって、材料が非晶性樹脂であるか結晶性樹脂であるかを判定する。

材料の種類が非晶性樹脂であると判定した場合、制御部５００は、ステップＳ３０において、第１加熱部１６６を制御して、第１領域ＡＲ１の温度がその材料のガラス転移温度未満になるように調整し、更に、第２加熱部１６７を制御して、第２領域ＡＲ２の温度が、その材料のガラス転移点温度以上になるように調整する。材料に対応するガラス転移点は、例えば、上述したテーブルに規定されている。

一方、材料の種類が結晶性樹脂であると判定した場合、制御部５００は、ステップＳ４０において、第１加熱部１６６および第２加熱部１６７を制御して、第１領域ＡＲ１および第２領域ＡＲ２の温度をともにその材料の融点以上になるように調整する。ただし、制御部５００は、第１領域ＡＲ１および第２領域ＡＲ２の温度をともにその材料の融点以上になるように調整しつつ、第２領域ＡＲ２の温度が第１領域ＡＲ１の温度よりも高くなるように調整を行う。材料に対応する融点は、例えば、上述したテーブルに規定されている。

制御部５００は、以上で説明した温度設定処理を実行することによって、材料が結晶性樹脂である場合に、材料が非晶性樹脂である場合と比較して、第１領域ＡＲ１と第２領域ＡＲ２の温度差を小さくする。以上で説明した温度設定処理が完了すると、制御部５００は、上述したステップＳ３０あるいはステップＳ４０で設定した温度になるよう、第１領域ＡＲ１および第２領域ＡＲ２の温度を制御しつつ、可塑化部１００、射出制御部１５０、型締部１７０を制御して、成形品の製造を行う。

以上で説明した第１実施形態の射出成形装置１０によれば、第２領域ＡＲ２の温度を第１領域ＡＲ１の温度よりも高くしつつ、材料が結晶性樹脂を有する場合には、材料が非晶性樹脂を有する場合と比較して、バレル１４０の第１領域ＡＲ１と第２領域ＡＲ２との温度差を小さくするので、結晶性、非晶性のいずれの樹脂を含む材料でも良好に可塑化できる。そのため、射出制御部１５０における計量を迅速に行うことができ、効率的に射出成形を行うことができる。

また、本実施形態では、材料が非晶性樹脂を含む場合には、制御部５００は、加熱部１６５を制御して、連通孔１４６から遠い第１領域ＡＲ１の温度を非晶性樹脂のガラス転移点未満に調整し、連通孔１４６に近い第２領域ＡＲ２の温度をガラス転移点以上に調整する。そのため、連通孔１４６から遠い第１領域ＡＲ１において材料が溶融することを抑制しつつ、連通孔１４６に近い第２領域ＡＲ２において材料が溶融することを促進させることができる。この結果、第１領域ＡＲ１の付近に存在する固体状態の材料がローター１３０の回転によって連通孔１４６に向けて移動することにより、第２領域ＡＲ２付近において可塑化された材料を連通孔１４６から良好に圧送することができる。非晶性樹脂は、せん断速度－粘度依存性が高く、せん断速度の高いローター１３０の外周部に対向する第１領域ＡＲ１ほど全溶融状態における材料の粘度は小さくなる傾向にある。そのため、仮に、第１領域ＡＲ１において材料が溶融すると、溶融した材料を連通孔１４６に向けて圧送することが困難になる。しかし、本実施形態では、粘度が小さくなる傾向にある第１領域ＡＲ１の温度を低くするので、第１領域ＡＲ１付近における材料の溶融を妨げることができる。この結果、第２領域ＡＲ２付近において溶融した材料を、第１領域ＡＲ１付近の固体状態の材料により、連通孔１４６から効率的に圧送することができる。

また、本実施形態では、材料が結晶性樹脂を含む場合には、制御部５００は、加熱部１６５を制御して、第１領域ＡＲ１および第２領域ＡＲ２の温度をともに結晶性樹脂の融点以上に調整する。そのため、溶融軟化開始温度の高い結晶性樹脂を第１領域ＡＲ１および第２領域ＡＲ２によって良好に可塑化できる。なお、本実施形態では、第１領域ＡＲ１の外側に冷媒流路１９０が設けられているので、第１領域ＡＲ１の外周部およびローター１３０の材料導入口１３４付近における材料の溶融が抑制される。そのため、第１領域ＡＲ１の外周部およびローター１３０の材料導入口１３４付近における固体状態の材料によって、第１領域ＡＲ１および第２領域ＡＲ２において溶融した材料を、良好に連通孔１４６から圧送することができる。結晶性樹脂は、せん断速度－粘度依存性が低いので、連通孔１４６からの距離によらず、第１領域ＡＲ１および第２領域ＡＲ２において溶融した材料の粘度はほぼ変わらない。従って、固体状態の材料が第１領域ＡＲ１の外周部およびローター１３０の材料導入口１３４付近に存在するだけでも溶融した樹脂を連通孔１４６に向けて圧送することが十分に可能である。

また、本実施形態では、加熱部１６５は、第１加熱部１６６および第２加熱部１６７を有しており、制御部５００は、第１加熱部１６６および第２加熱部１６７をそれぞれ個別に制御する。そのため、第１領域ＡＲ１と第２領域ＡＲ２の温度差を容易に制御できる。

また、本実施形態では、第１加熱部１６６および第２加熱部１６７は、溝形成面１３２に垂直な方向から見たときに、連通孔１４６を取り囲む形状を有している。具体的には、第１加熱部１６６および第２加熱部１６７の形状は、環形状である。従って、第１領域ＡＲ１および第２領域ＡＲ２のそれぞれにおいて、周方向に溶融のムラが生じることを抑制でき、材料を良好に可塑化できる。なお、本実施形態では、第１加熱部１６６および第２加熱部１６７の形状を、環形状としたが、連通孔を取り囲む多角形状であってもよい。

また、本実施形態では、制御部５００が、材料の種類を含む材料情報を取得して、その材料が結晶性樹脂を有するか非晶性樹脂を有するかを判断するため、材料が結晶性樹脂を有するか非晶性樹脂を有するかを容易に特定することができる。

Ｂ．第２実施形態：
図７は、第２実施形態における加熱部１６５ｂの構成を示す説明図である。図７には、バレル１４０を－Ｙ方向から見た状態を示している。第２実施形態の射出成形装置１０の構成は、加熱部１６５ｂの構成を除き第１実施形態と同じである。

加熱部１６５ｂは、第１加熱部１６６ｂと第２加熱部１６７ｂとを有している。第１加熱部１６６ｂおよび第２加熱部１６７ｂは、第１実施形態と同様に、バレル１４０に埋め込まれている。第１加熱部１６６ｂおよび第２加熱部１６７ｂは、ともに、対向面１４２に沿って延びる棒状のヒーターである。対向面１４２は、第１領域ＡＲ１と第２領域ＡＲ２とを有する。第２領域ＡＲ２は、第１領域ＡＲ１よりも連通孔１４６に近い領域である。第２領域ＡＲ２は、第２加熱部１６７ｂに沿った、略長方形の領域であり、第１領域ＡＲ１は、第２領域ＡＲ２よりも外側に位置する略半月状の領域である。

第１加熱部１６６ｂは、連通孔１４６を挟む位置に１組配置されている。第２加熱部１６７ｂは、第１加熱部１６６ｂよりも連通孔１４６に近い位置において、連通孔１４６を挟むように１組配置されている。第１加熱部１６６ｂおよび第２加熱部１６７ｂは、制御部５００によって個別に制御される。制御部５００は、第１加熱部１６６ｂを制御して、対向面１４２の第１領域ＡＲ１の温度を調整する。制御部５００は、第２加熱部１６７ｂを制御して、対向面１４２の第２領域ＡＲ２の温度を調整する。本実施形態においても、制御部５００は、加熱部１６５を制御して、第２領域ＡＲ２の温度を第１領域ＡＲ１の温度よりも高くしつつ、材料が結晶性樹脂を有する場合には、材料が非晶性樹脂を有する場合と比較して、第１領域ＡＲ１と第２領域ＡＲ２の温度差を小さくする。

以上のように構成された第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、材料が、結晶性、非晶性のいずれの樹脂を含む場合でも良好に可塑化することができる。

Ｃ．第３実施形態：
図８は、第３実施形態におけるローター１３０ｃおよびバレル１４０ｃの形態を示す断面図である。第３実施形態の射出成形装置１０の構成は、ローター１３０ｃおよびバレル１４０ｃの形態を除き、第１実施形態または第２実施形態と同じである。

図８に示すように、第３実施形態におけるローター１３０ｃは、バレル１４０ｃに向けて凸となる形状を有している。詳しくは、ローター１３０ｃの中心軸ＲＸに沿った断面を見たときに、ローター１３０ｃの溝形成面１３２ｃは、外周から中心軸ＲＸに向かうほどバレル１４０ｃに向けて突き出す形状となっている。つまり、ローター１３０ｃの中心軸ＲＸ付近がバレル１４０ｃ側に突き出すように、溝形成面１３２ｃが傾斜している。

第３実施形態におけるバレル１４０ｃは、ローター１３０ｃの逆側に向けて凹となる形状を有している。詳しくは、ローター１３０ｃの中心軸ＲＸに沿った断面を見たときに、バレル１４０ｃの対向面１４２ｃは、外周から中心軸ＲＸに向かうほど深さが深くなるように窪む形状となっている。つまり、バレル１４０ｃの連通孔１４６付近の深さが最も深くなるように、対向面１４２ｃがすり鉢状に傾斜している。対向面１４２ｃの傾斜角度は、溝形成面１３２ｃの傾斜角度と同じである。また、第３実施形態におけるバレル１４０ｃの対向面１４２ｃには、案内溝が形成されていない。

以上で説明した第３実施形態におけるローター１３０ｃおよびバレル１４０ｃを用いることによっても、第１実施形態あるいは第２実施形態と同様に、材料が、結晶性、非晶性のいずれの樹脂を含む場合でも良好に可塑化してノズル１５６から流出させることができる。特に、本実施形態では、バレル１４０ｃが、ローター１３０ｃの逆側に向けて凹となる形状を有しているので、対向面１４２ｃに案内溝が形成されていなくても、溶融した材料を連通孔１４６から良好に流出させることができる。

なお、本実施形態では、バレル１４０ｃの対向面１４２には、案内溝１４４が形成されていないものとしたが、対向面１４２に案内溝１４４が形成されていてもよい。

Ｄ．第４実施形態：
図９は、第４実施形態における三次元造形装置５０の概略構成を示す断面図である。三次元造形装置５０は、可塑化部１００ｄと、ステージ３００と、移動機構４００と、制御部５００ｄとを備えている。

可塑化部１００ｄは、ホッパー３０と、溶融部１２０とノズル１５６ｄとを備えている。溶融部１２０は、ケース１２１と、駆動モーター１２２と、ローター１３０と、バレル１４０と、加熱部１６５と、を備えている。これらの構成は第１～３実施形態と同じである。バレル１４０に設けられた連通孔１４６は、ノズル１５６ｄと連通している。連通孔１４６とノズル１５６ｄの間には、ノズル１５６ｄからの溶融材料の吐出量あるいは吐出の有無を切り替えるバルブ７０が設けられている。バルブ７０は、制御部５００ｄの制御下で駆動される。

ステージ３００は、ノズル１５６ｄに対向する造形面３１０を有している。造形面３１０上に三次元造形物が造形される。本実施形態では、造形面３１０は、水平方向に平行に設けられている。ステージ３００は、移動機構４００によって支持されている。

移動機構４００は、ノズル１５６ｄと造形面３１０との相対的な位置を変化させる。本実施形態では、移動機構４００は、ステージ３００を移動させることによって、ノズル１５６ｄと造形面３１０との相対的な位置を変化させる。本実施形態における移動機構４００は、３つのモーターが発生させる動力によって、ステージ３００をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３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ている。各モーターは、制御部５００ｄの制御下で駆動される。なお、移動機構４００は、ステージ３００を移動させずに可塑化部１００ｄを移動させることによって、ノズル１５６ｄと造形面３１０との相対的な位置を変化させるように構成されてもよい。また、移動機構４００は、ステージ３００と可塑化部１００ｄとの両方を移動させることによって、ノズル１５６ｄと造形面３１０との相対的な位置を変化させるように構成されてもよい。

三次元造形装置５０は、制御部５００ｄの制御下で、ノズル１５６ｄとステージ３００との相対的な位置を変化させつつノズル１５６ｄから溶融材料を吐出させることによって、造形面３１０上に造形材料の層を積層して所望の形状の三次元造形物を造形する。

以上で説明した第４実施形態における三次元造形装置５０によれば、材料が、結晶性、非晶性のいずれの樹脂を含む場合でも良好に可塑化できるので、材料の種類にかかわらず、三次元造形物の造形速度を向上させることができる。

Ｅ．他の実施形態：
（Ｅ－１）上記実施形態では、制御部５００は、材料が結晶性樹脂を含む場合に、加熱部１６５を制御して、第１領域ＡＲ１および第２領域ＡＲ２の温度をともに結晶性樹脂の融点以上に調整している。これに対して、制御部５００は、材料が結晶性樹脂を含む場合に、第１領域ＡＲ１の温度を結晶性樹脂の融点未満に調整し、第２領域ＡＲ２を結晶性樹脂の融点温度以上に調整してもよい。このように第１領域および第２領域の温度を調整した場合であっても、結晶性樹脂を可塑化して連通孔から流出させることが可能である。

（Ｅ－２）上記実施形態では、加熱部１６５は、第１加熱部１６６と第２加熱部１６７とを有し、制御部５００は、第１加熱部１６６と第２加熱部１６７とを個別に制御することによって、第１領域ＡＲ１および第２領域ＡＲ２の温度をそれぞれ調整している。これに対して、例えば、加熱部１６５を単一の形態とし、制御部５００は、冷媒流路１９０を流れる冷媒の温度と、単一の加熱部１６５の温度とを調整することによって、第１領域ＡＲ１と第２領域ＡＲ２の温度差を制御してもよい。

（Ｅ－３）上記実施形態では、射出成形あるいは三次元造形に用いられる材料が、結晶性樹脂または非晶性樹脂であるものとしている。これに対して、材料には、結晶性樹脂あるいは非晶性樹脂に加えて、顔料や、金属、セラミック、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。

Ｆ．他の形態：
本開示は、上述の実施形態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。例えば、以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、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）本開示の第１の形態によれば、可塑化装置が提供される。この可塑化装置は、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ローターと、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を有するバレルと、前記溝と前記バレルとの間に供給された材料を加熱する加熱部と、前記駆動モーターおよび前記加熱部を制御して、前記溝と前記バレルとの間に供給された前記材料を可塑化して前記連通孔から流出させる制御部と、を備え、前記対向面は、第１領域と前記第１領域よりも前記連通孔に近い第２領域とを有し、前記制御部は、前記加熱部を制御して、前記第２領域の温度を前記第１領域の温度よりも高くし、前記制御部は、前記加熱部を制御して、前記材料が結晶性樹脂を有する場合に、前記材料が非晶性樹脂を有する場合と比較して、前記第１領域と前記第２領域の温度差を小さくする。
このような形態によれば、バレルの連通孔に近い第２領域の温度を、連通孔から遠い第１領域の温度よりも高くしつつ、材料が結晶性樹脂を有する場合には、材料が非晶性樹脂を有する場合と比較して、第１領域と第２領域との温度差を小さくするので、結晶性、非晶性のいずれの樹脂を含む材料でも良好に可塑化できる。

（２）上記形態において、前記制御部は、前記材料の種類を表す材料情報を取得し、前記材料情報に基づいて、前記材料が結晶性樹脂を有するか非晶性樹脂を有するかを判断してもよい。このような形態によれば、材料が結晶性樹脂を有するか非晶性樹脂を有するかを容易に特定できる。

（３）上記形態において、前記制御部は、前記材料が非晶性樹脂を含む場合、前記加熱部を制御して、前記第１領域の温度を前記非晶性樹脂のガラス転移点未満に調整し、前記第２領域の温度を前記ガラス転移点以上に調整してもよい。このような形態によれば、材料が非晶性樹脂を含む場合に、材料を良好に可塑化できる。

（４）上記形態において、前記制御部は、前記材料が結晶性樹脂を含む場合、前記加熱部を制御して、前記第１領域の温度および前記第２領域の温度をともに前記結晶性樹脂の融点以上に調整してもよい。このような形態によれば、材料が結晶性樹脂を含む場合に、材料を良好に可塑化できる。

（５）上記形態において、前記制御部は、前記材料が結晶性樹脂を含む場合、前記第１領域の温度を前記結晶性樹脂の融点未満に調整し、前記第２領域の温度を前記結晶性樹脂の融点以上に調整してもよい。このような形態によれば、材料が結晶性樹脂を含む場合に、材料を良好に可塑化できる。

（６）上記形態において、前記加熱部は、第１加熱部、及び、前記第１加熱部よりも前記連通孔の近くに配置された第２加熱部を有し、前記制御部は、前記第１加熱部および前記第２加熱部をそれぞれ個別に制御してもよい。このような形態によれば、第１領域と第２領域の温度差を容易に制御できる。

（７）上記形態において、前記第１加熱部および前記第２加熱部は、前記溝形成面に垂直な方向から見たときに、前記連通孔を取り囲む形状を有してもよい。このような形態によれば、材料を良好に可塑化できる。

（８）上記形態において、前記第１加熱部および前記第２加熱部の形状は、前記溝形成面に垂直な方向から見たときに、多角形状または環形状であってもよい。このような形態によれば、材料を良好に可塑化できる。

（９）上記形態において、前記回転軸に沿った断面を見たときに、前記ローターの前記溝形成面は、外周から前記回転軸に向かうほど前記バレルに向けて突き出す形状であり、前記バレルの前記対向面は、外周から前記回転軸に向かうほど深さが深くなるように窪む形状であってもよい。このような形態によれば、材料を良好に可塑化できる。

（１０）本開示の第２の形態によれば、上記形態の可塑化装置と、前記連通孔に連通し、可塑化された前記材料を成形型に射出するノズルと、を備える射出成形装置が提供される。

（１１）本開示の第３の形態によれば、上記形態の可塑化装置と、前記連通孔に連通し、可塑化された前記材料をテーブルに向けて吐出するノズルと、を備える三次元造形装置が提供される。

１０…射出成形装置、２０…基台、２１…タッチパネル、３０…ホッパー、５０…三次元造形装置、７０…バルブ、１００…可塑化部、１２０…溶融部、１２１…ケース、１２２…駆動モーター、１３０…ローター、１３２…溝形成面、１３３…側面、１３４…材料導入口、１３５…溝、１３６…凸条部、１３７…中央部、１４０…バレル、１４１…本体部、１４２…対向面、１４３…表面部、１４４…案内溝、１４６…連通孔、１４９…逆止弁、１５０…射出制御部、１５１…シリンダー、１５２…プランジャー、１５３…プランジャー駆動部、１５６…ノズル、１６０…成形型、１６２…可動型、１６３…固定型、１６５…加熱部、１６６…第１加熱部、１６７…第２加熱部、１７０…型締部、１７１…型駆動部、１７２…ボールねじ、１８１…エジェクターピン、１９０…冷媒流路、３００…ステージ、３１０…造形面、４００…移動機構、５００…制御部、ＡＲ１…第１領域、ＡＲ２…第２領域、ＲＸ…中心軸

Claims (11)

1. 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ローターと、
   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を有するバレルと、
   前記溝と前記バレルとの間に供給された材料を加熱する加熱部と、
   前記駆動モーターおよび前記加熱部を制御して、前記溝と前記バレルとの間に供給された前記材料を可塑化して前記連通孔から流出させる制御部と、を備え、
   前記対向面は、第１領域と前記第１領域よりも前記連通孔に近い第２領域とを有し、
   前記制御部は、前記加熱部を制御して、前記第２領域の温度を前記第１領域の温度よりも高くし、
   前記制御部は、前記加熱部を制御して、前記材料が結晶性樹脂を有する場合に、前記材料が非晶性樹脂を有する場合と比較して、前記第１領域と前記第２領域の温度差を小さくする、
   可塑化装置。
2. 請求項１に記載の可塑化装置であって、
   前記制御部は、前記材料の種類を表す材料情報を取得し、前記材料情報に基づいて、前記材料が結晶性樹脂を有するか非晶性樹脂を有するかを判断する、可塑化装置。
3. 請求項１または２に記載の可塑化装置であって、
   前記制御部は、前記材料が非晶性樹脂を含む場合、前記加熱部を制御して、前記第１領域の温度を前記非晶性樹脂のガラス転移点未満に調整し、前記第２領域の温度を前記ガラス転移点以上に調整する、可塑化装置。
4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
   前記制御部は、前記材料が結晶性樹脂を含む場合、前記加熱部を制御して、前記第１領域の温度および前記第２領域の温度をともに前記結晶性樹脂の融点以上に調整する、可塑化装置。
5. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
   前記制御部は、前記材料が結晶性樹脂を含む場合、前記第１領域の温度を前記結晶性樹脂の融点未満に調整し、前記第２領域の温度を前記結晶性樹脂の融点以上に調整する、可塑化装置。
6. 請求項１から５までのいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
   前記加熱部は、第１加熱部、及び、前記第１加熱部よりも前記連通孔の近くに配置された第２加熱部を有し、
   前記制御部は、前記第１加熱部および前記第２加熱部をそれぞれ個別に制御する、可塑化装置。
7. 請求項６に記載の可塑化装置であって、
   前記第１加熱部および前記第２加熱部は、前記溝形成面に垂直な方向から見たときに、前記連通孔を取り囲む形状を有する、可塑化装置。
8. 請求項７に記載の可塑化装置であって、
   前記第１加熱部および前記第２加熱部の形状は、前記溝形成面に垂直な方向から見たときに、多角形状または環形状である、可塑化装置。
9. 請求項１から８までのいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
   前記回転軸に沿った断面を見たときに、前記ローターの前記溝形成面は、外周から前記回転軸に向かうほど前記バレルに向けて突き出す形状であり、前記バレルの前記対向面は、外周から前記回転軸に向かうほど深さが深くなるように窪む形状である、可塑化装置。
10. 請求項１から９までのいずれか一項に記載の可塑化装置と、
    前記連通孔に連通し、可塑化された前記材料を成形型に射出するノズルと、
    を備える射出成形装置。
11. 請求項１から９までのいずれか一項に記載の可塑化装置と、
    前記連通孔に連通し、可塑化された前記材料をテーブルに向けて吐出するノズルと、
    を備える三次元造形装置。

Images