JP2022034721A - 可塑化装置、射出成形装置および三次元造形装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ローターとバレルとを備えた可塑化装置において、ローターとバレルの耐久性の低下を抑制可能な技術を提供する。【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、可塑化材料が流入する連通孔が設けられたバレルと、ローターを収容する収容部と、ローターに固定され、バレル側を向く第1接触面を有する第1規制部と、収容部に固定され、第1接触面と対向し、第1接触面と接触可能な第2接触面を有する第2規制部と、を備え、ローターは、第1規制部と第2規制部とにより、回転軸に沿った移動が規制され、溝形成面は、第1接触面と第2接触面とが接触した状態において対向面に対して予め定められた間隔を空けて離れる。【選択図】図8
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。
特許文献1には、端面に螺旋溝が形成されたローターと、ローターの端面に当接するバレルとによって材料の可塑化を行う射出成形装置が開示されている。
上記文献では、材料の可塑化時において、ローターとバレルとが当接した状態のまま、ローターが回転する。そのため、ローターとバレルとが摩耗し、耐久性が低下する可能性があった。このような課題は、射出成形装置に限らず、ローターとバレルとを有する可塑化装置や三次元造形装置にも共通した課題である。
本開示の第1の形態によれば、材料の少なくとも一部を可塑化して可塑化材料を生成する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、前記可塑化材料が流入する連通孔が設けられたバレルと、前記ローターを収容する収容部と、前記ローターに固定され、前記バレル側を向く第1接触面を有する第1規制部と、前記収容部に固定され、前記第1接触面と対向し、前記第1接触面と接触可能な第2接触面を有する第2規制部と、を備え、前記ローターは、前記第1規制部と前記第2規制部とにより、前記回転軸に沿った移動が規制され、前記溝形成面は、前記第1接触面と前記第2接触面とが接触した状態において前記対向面に対して予め定められた間隔を空けて離れる。
本開示の第2の形態は、上記形態の可塑化装置と、前記連通孔から流出した前記可塑化材料を、成形型に射出するノズルと、を備える射出成形装置である。
本開示の第3の形態は、上記形態の可塑化装置と、前記連通孔から流出した前記可塑化材料を、造形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。
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、可塑化装置110と型締装置130とを備えている。可塑化装置110と型締装置130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、型締装置130に装着された成形型12内に、可塑化装置110から可塑化材料を射出して成形品を成形する。本実施形態では、型締装置130には、金属製の成形型12が装着されている。型締装置130に装着される成形型12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12のことを金型と呼ぶ。
可塑化装置110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。
可塑化装置110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て可塑化材料を生成し、型締装置130に装着された成形型12にその可塑化材料を射出する。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、可塑化装置110と型締装置130とを制御し、成形品の製造を行う。
図2は、射出成形装置10の概略構成を示す断面図である。射出成形装置10は、上記の通り、可塑化装置110と型締装置130と成形型12とを備えており、また、射出制御機構120を備えている。
可塑化装置110は、ローター111とバレル112とヒーター113とノズル114とを有している。ローター111は、ローター111を収容する収容部101に収容されている。ローター111は、スクロールあるいはフラットスクリューとも呼ばれる。ローター111は、駆動モーター118および減速機300によって構成されるスクリュー駆動部115によって、回転軸RXを中心に収容部101内で回転駆動される。本実施形態において、X方向は、回転軸RXに沿った方向である。バレル112の中心には、連通孔116が形成されている。連通孔116には、後述する射出シリンダー121が接続されている。連通孔116には、射出シリンダー121よりも上流部に、逆止弁124が備えられている。スクリュー駆動部115によるローター111の回転と、ヒーター113による加熱とは、制御部500によって制御される。
図3は、ローター111の概略構成を示す斜視図である。ローター111は、その中心軸に沿った方向における高さが直径よりも小さい略円柱状を有する。ローター111の、バレル112に対向する溝形成面201には、中央部205を中心に、渦状の溝202が形成されている。溝202は、ローター111の側面に形成された材料投入口203に連通している。ホッパー30から供給される材料は、材料投入口203を通じて溝202に供給される。溝202は、凸条部204によって隔てられることにより形成されている。図3には、溝202が3本形成されている例を示しているが、溝202の数は、1本でもよいし、2本以上であってもよい。なお、溝202は、渦状に限らず、螺旋状あるいはインボリュート曲線状であってもよいし、中央部から外周に向かって弧を描くように延びる形状であってもよい。
図4は、バレル112の概略平面図である。バレル112は、ローター111の溝形成面201に対向する対向面212を有している。対向面212の中央には、連通孔116が形成されている。対向面212には、連通孔116に接続され、連通孔116から外周に向かって渦状に延びている複数の案内溝211が形成されている。ローター111の溝202に供給された材料は、ローター111の回転とヒーター113の加熱とによって、ローター111とバレル112との間において可塑化されながら、ローター111の回転によって溝202および案内溝211に沿って流動し、ローター111の中央部205へと導かれる。中央部205に流入した材料は、バレル112の中心に設けられた連通孔116から射出制御機構120へと導かれる。なお、バレル112に案内溝211は設けられていなくてもよい。
図2に示すように、射出制御機構120は、射出シリンダー121と、プランジャー122と、プランジャー駆動部123とを備えている。射出制御機構120は、射出シリンダー121内の可塑化材料を、後述するキャビティー117に射出注入する機能を有している。射出制御機構120は、制御部500の制御下で、ノズル114からの可塑化材料の射出量を制御する。射出シリンダー121は、バレル112の連通孔116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122を備えている。プランジャー122は、射出シリンダー121の内部を摺動し、射出シリンダー121内の可塑化材料を、可塑化装置110に備えられたノズル114に圧送する。プランジャー122は、モーターによって構成されるプランジャー駆動部123により駆動される。
成形型12は、可動型12Mと固定型12Sとを備えている。可動型12Mと固定型12S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117を有している。キャビティー117には、バレル112の連通孔116から流出した可塑化材料が、射出制御機構120によって圧送されてノズル114から射出される。
型締装置130は、成形型駆動部131を備えており、可動型12Mと固定型12Sとの開閉を行う機能を有している。型締装置130は、制御部500の制御下で、モーターによって構成される成形型駆動部131を駆動することによってボールネジ132を回転させ、ボールネジ132に結合された可動型12Mを固定型12Sに対して移動させて成形型12を開閉させる。つまり、固定型12Sは、射出成形装置10において静止しており、その静止した固定型12Sに対して、可動型12Mが、相対的に移動することにより、成形型12の開閉が行われる。
図5は、減速機300の構造を示す断面図である。図6は、減速機300の一部を分解して示す断面図である。図7は、減速機300に備えられた第1ギア310および第2ギア320を+X方向に見た平面図である。図5以降に示す断面図では、各断面におけるハッチングを適宜省略している。図5に示す断面は、図3に示した断面と異なる方向における断面を示している。図5には、ホッパー30に連通する材料通路31が+Z方向に延びる様子が示されている。本実施形態における減速機300は、入力軸と出力軸とが同一軸上にある同芯軸タイプの減速機である。
減速機300は、駆動モーター118の出力軸119に固定された略円筒状の偏心体301と、遊星歯車として構成された第1ギア310と、太陽内歯車として構成された第2ギア320と、を含む。
偏心体301の駆動モーター118側の端部は、収容部101に固定された第1ボールベアリング341によって軸支されている。偏心体301のローター111側の端部は、第2ギア320の内周に圧入された第2ボールベアリング342によって軸支されている。偏心体301の第1ボールベアリング341に固定されている部分の外周および第2ボールベアリング342に固定されている部分の外周は、駆動モーター118の出力軸を中心とした真円形状である。これに対して、偏心体301の第1ボールベアリング341と第2ボールベアリング342との間に挟まれた部分は、駆動モーター118の出力軸に対して偏心した中心軸を有する真円形状となっている。以下において、単に、偏心体301という場合は、偏心体301の第1ボールベアリング341と第2ボールベアリング342との間に挟まれた部分のことを指す。
第1ギア310は、円環形状を有しており、内周部にニードルベアリング344が圧入されて固定されている。図7に示すように、第1ギア310の外周には、波状の外歯311が形成されている。第1ギア310上には、+X方向に見て、周方向に等間隔に複数のピン312が配置されている。これらのピン312は、それぞれ、ピン受け凹部303内に配置される。ピン受け凹部303は、図6に示すように、収容部101において偏心体301の周囲に固定された円環状のピン受け部302に複数、形成されている。図7に示すように、それぞれのピン受け凹部303は、+X方向側を向いて開口しており、ピン312の直径よりも大きな直径を有している。そのため、ピン312は、ピン受け凹部303内で、回転軸RXに垂直な方向であるY方向およびZ方向に移動することができる。
図5に示すように、第2ギア320は、-X方向側の端面が開口する有底筒状の形状を有している。第2ギア320の-X方向側の端面には、第1凹部321が形成され、第1凹部321の底部には、更に第2凹部323が形成されている。第1凹部321には、第1ギア310が収容されている。第1凹部321には、図7に示す第1ギア310の外歯311が接触する波状の内歯322が内周に形成されている。第2凹部323には、偏心体301の+X方向側の端部を軸支する第2ボールベアリング342が圧入されて固定されている。
ローター111の-X方向側の端面には窪み206が形成されており、この窪み206に、第2ギア320の底部328が嵌まる。窪み206および底部328には、Dカット加工等の空回り防止加工が施されている。第2ギア320の底部328には、回転軸RXの方向において、固定部としてのボルト324によってローター111が固定されている。つまり、ローター111は、第2ギア320と一体化されている。そのため、回転軸RXに沿って第2ギア320が移動すると、それに伴い、ローター111も回転軸RXに沿って移動する。なお、第2ギア320とローター111とは、ボルト324に限らず、リベット等の他の固定部によって固定されてもよい。また、ボルト324は、一本に限らず、複数本用いられて、第2ギア320とローター111とが固定されてもよい。
第2ギア320の外周には、鍔状の第1規制部325が形成されている。この第1規制部325の詳細については後述する。第2ギア320は、第1規制部325よりも-X方向側の部分が、ピン受け部302の外周側において収容部101に固定された第3ボールベアリング343によって軸支されている。本実施形態において、第3ボールベアリング343は、ローター111から-X方向への荷重を受ける単列アンギュラベアリングとして構成されている。
上述した減速機300の動作を説明する。駆動モーター118が回転すると、駆動モーター118の出力軸119に固定された偏心体301が回転する。偏心体301は、回転しながら、第1ギア310の内周に設けられたニードルベアリング344に部分的に接触する。ニードルベアリング344に偏心体301が接触すると、第1ギア310が、偏心体301から駆動力を受けて、ピン312がピン受け凹部303に収容された状態で、回転軸RXに交差するX-Y方向に揺れ動く。この第1ギア310の動きによって、第1ギア310の外歯311が、第2ギア320の内歯322に部分的に順番に接触していき、第1ギア310の外歯311の枚数と第2ギア320の内歯322の枚数とで定まる所定の減速比によって、第2ギア320が回転し、それに伴い、第2ギア320に固定されたローター111が収容部101内で回転する。図6には、このように動作する減速機300の構造を、収容部101に固定されている部分と、駆動モーター118の駆動力によって動く部分とを、上下に分離して示している。
図8は、第1規制部325付近の拡大断面図である。上記のとおり、第2ギア320の外周には、鍔状の第1規制部325が形成されている。第2ギア320にはローター111が固定されているため、第1規制部325はローター111に間接的に固定されていると言える。
第1規制部325は、バレル112側、すなわち+X方向側を向く第1接触面326を有する。収容部101は、この第1接触面326と対向する第2接触面102を有する第2規制部103を備えている。第2規制部103は、収容部101に一体に備えられてもよいし、収容部101とは別体に形成され収容部101に接合されていてもよい。第2接触面102は、第1接触面326と回転軸RXの方向において対向し、第1接触面326と接触可能である。「接触可能」とは、接触していない状態と接触している状態とのいずれの状態にもなり得るという意味である。ローター111は、第1規制部325と第2規制部103とにより、回転軸RXに沿った移動、より詳しくは、+X方向への所定量以上の移動が規制される。
ローター111の溝形成面201は、第1規制部325の第1接触面326と第2規制部103の第2接触面102とが接触した状態において対向面212に対して予め定められた間隔を空けて離れている。この間隔は、例えば、0.1mmである。溝形成面201と対向面212との間の間隔とは、溝202や案内溝211の形成されていない位置における最短の間隔のことをいう。
第1接触面326と第2接触面102との間には、これらの間の摺動抵抗を低減するためにグリスを塗布してもよく、また、これらの面にフッ素樹脂等による低摩擦コーティングを行ってもよい。その他、第1規制部325あるいは第2規制部103を低摩擦係数の部材によって形成してもよい。
上記のとおり、ローター111は、減速機300の第2ギア320に対して、ボルト324によって固定されている。ボルト324は、第1接触面326と第2接触面102とが接触した状態において、ローター111の溝形成面201がバレル112の対向面212に対して、前述の間隔、離れる位置で、第2ギア320とローター111とを固定する。そのため、第1接触面326と第2接触面102とが接触しない状態においては、ローター111の溝形成面201とバレル112の対向面212とは、前述の間隔を超える間隔を空けた状態となる。
以上のような構成であれば、第1接触面326と第2接触面102との間の第1距離D1は、第1接触面326と第2接触面102との接触状態にかかわらず、ローター111の溝形成面201とバレル112の対向面212との第2距離D2よりも小さくなる。通常動作時において、第1接触面326と第2接触面102との間の第1距離D1は、例えば、0.1mmであり、ローター111の溝形成面201とバレル112の対向面212との第2距離D2は、例えば、0.2mmである。第1距離D1と第2距離D2とがこのように設定されていれば、例え、第1接触面326と第2接触面102とが接触した場合であっても、ローター111とバレル112との間には、少なくとも0.1mmの隙間が生じ、ローター111とバレル112とは接触しない。なお、第2距離D2は、ローター111とバレル112との間に供給された材料を可塑化できる距離であり、予め実験やシミュレーションを行うことによって定められる。
本実施形態では、更に、第1規制部325は、回転軸RXに沿った方向において、第1接触面326とは反対側に第3接触面327を有している。そして、収容部101は、第3接触面327と接触可能な第4接触面104を有する第3規制部105備えている。つまり、本実施形態では、ローター111に固定された第1規制部325は、収容部101に設けられた第2規制部103と第3規制部105との間に挟まれるように配置されている。第3規制部105と第1規制部325とにより、ローター111の-X方向への所定量以上の移動が規制される。第3接触面327と第4接触面104との間の距離は、例えば、回転軸RXに沿った方向における第3ボールベアリング343のガタツキよりも小さな距離に設定されている。なお、第3規制部105は省略することも可能である。
図9は、回転軸RXに沿った方向における各部材の間隔を説明するための拡大断面図である。図9に示すように、偏心体301には、外周に鍔部305が形成されており、その鍔部305と第1ギア310に固定されたニードルベアリング344との間の第3距離D3は、例えば、0.1mmである。また、ニードルベアリング344と、第2ギア320との間の第4距離D4は、例えば、0.1mmである。更に、ニードルベアリング344が固定された第1ギア310と、ピン受け部302との間の第5距離D5は、例えば、0.5mmであり、第1ギア310と、第2ギア320との間の第6距離D6は、例えば、0.2mmである。つまり、第3距離D3および第4距離D4は、第6距離D6よりも小さく、第5距離D5は、第6距離D6よりも大きいという関係にある。このような距離の関係であれば、第1ギア310が第2ギア320に接触することを、ニードルベアリング344とその上下に位置する他の部材との間隔を小さくすることによって抑制できる。そのため、第1ギア310および第2ギア320の摩耗を抑制できる。
以上のように構成された本実施形態の射出成形装置10によれば、ローター111が回転軸RXに沿ってバレル112側に移動した場合であっても、ローター111がバレル112に接触する前に、ローター111に固定された第1規制部325が収容部101に固定された第2規制部103に接触する。そのため、例えば、連続成形時等において一時的にホッパー30からの材料供給が途絶えた場合や材料通路31に材料が詰まった場合においても、ローター111とバレル112とが接触することがなく、また、例えば、第3ボールベアリング343の経年劣化に伴って回転軸RXに沿った方向へのがたつきが大きくなっても、ローター111とバレル112とが接触することがない。更に、射出成形装置10のメンテナンス時などにおいてローター111を空回りさせる場合にもローター111とバレル112とが接触することがない。従って、本実施形態によれば、ローター111がバレル112に当接した状態のまま回転することが抑制されるので、ローター111やバレル112が摩耗して耐久性が低下することを抑制できる。
また、本実施形態では、減速機300とローター111とは、ボルト324によって、第1接触面326と第2接触面102とが接触した状態においてローター111がバレル112に対して所定の間隔を空けて離れる位置で固定されている。そのため、ローター111とバレル112とが接触しないように、ローター111を減速機300に対して固定できる。
また、本実施形態では、減速機300に備えられた第2ギア320にローター111が固定されているので、ローター111がバレル112に接触することをより確実に抑制できる。
また、本実施形態では、第1規制部325が、第2ギア320に設けられているので、第1規制部325と第2規制部103との接触によってローター111が摩耗することを抑制できる。この結果、ローター111の耐久性を向上させることができる。
また、本実施形態では、第1接触面326と第2接触面102との接触状態にかかわらず、第1接触面326と第2接触面102との間の第1距離D1は、ローター111の溝形成面201とバレル112の対向面212との間の第2距離D2よりも小さい。そのため、ローター111がバレル112に接触することをより確実に抑制できる。
また、本実施形態では、第1規制部325は、第1接触面326とは反対側に第3接触面327を有しており、収容部101は、第3接触面327と接触可能な第4接触面104を有する第3規制部105を備えている。そのため、ローター111が、回転軸RXに沿った方向において駆動モーター118側に過度に移動することを抑制できる。この結果、ローター111の駆動モーター118側への移動によって、材料の可塑化性能が低下することを抑制できる。
B.第2実施形態:
図10は、第2実施形態における減速機300Bの構造を説明する拡大断面図である。第2実施形態では、収容部101に設けられた第2規制部103の第2接触面102に対して、球状の回転体331が設けられている。回転体331は、+X方向側から、第1規制部325に向けて、コイルばねによって構成された弾性体332によって付勢されている。回転体331および弾性体332は、例えば、ボールプランジャーまたはプレスフィットプランジャーによって構成できる。回転体331は、例えば、SUS等の金属あるいはポリアセタール(POM)等の樹脂によって形成される。
図10は、第2実施形態における減速機300Bの構造を説明する拡大断面図である。第2実施形態では、収容部101に設けられた第2規制部103の第2接触面102に対して、球状の回転体331が設けられている。回転体331は、+X方向側から、第1規制部325に向けて、コイルばねによって構成された弾性体332によって付勢されている。回転体331および弾性体332は、例えば、ボールプランジャーまたはプレスフィットプランジャーによって構成できる。回転体331は、例えば、SUS等の金属あるいはポリアセタール(POM)等の樹脂によって形成される。
図11は、回転体331の配置を示す平面図である。図11に示すように、回転体331は、ローター111の周囲において、回転軸RXを中心とする周方向に沿って、第1規制部325に接触するように、複数設けられている。ただし、図11に示すように、図5に示した材料通路31とX方向において重なる領域には、回転体331は設けられていなくてもよい。
以上で説明した第2実施形態によれば、第1規制部325と第2規制部103との間に回転体331が配置されているので、第1規制部325と第2規制部103との間における摺動抵抗を低減できる。また、回転体331によって、第1規制部325が第2規制部103に近づくことが抑制されるので、ローター111がバレル112に接触することを抑制できる。また、本実施形態では、回転体331が弾性体332によって第1規制部325側に付勢されているため、ローター111がバレル112に接触することをより確実に抑制できる。また、本実施形態では、回転体331が、回転軸RXを中心とする周方向に沿って複数設けられているので、ローター111に回転軸ぶれが生じることを抑制できる。
なお、本実施形態では、回転体331が第2接触面102に設けられているが、回転体331は、第1規制部325の第1接触面326に設けられていてもよい。また、回転体331は、複数に限らず、いずれかの位置に1つのみ備えられていてもよい。
また、回転体331は、球状に限らず、回転軸RXから放射状に延びる軸を中心として回転する円柱状あるいは環状の形状であってもよい。また、弾性体332は必須ではなく、省略することも可能である。
C.第3実施形態:
図12は、第3実施形態における可塑化装置110Cの概略構成を示す断面図である。上述した第1実施形態では、第1規制部325が、減速機300の第2ギア320に設けられている。これに対して、第3実施形態では、第1規制部325Cが、ローター111Cに設けられており、減速機300Cには設けられていない。
図12は、第3実施形態における可塑化装置110Cの概略構成を示す断面図である。上述した第1実施形態では、第1規制部325が、減速機300の第2ギア320に設けられている。これに対して、第3実施形態では、第1規制部325Cが、ローター111Cに設けられており、減速機300Cには設けられていない。
本実施形態において、固定部としてのボルト324は、ローター111に設けられた第1規制部325Cの第1接触面326Cと、収容部101Cに設けられた第2規制部103Cの第2接触面102Cとの間に隙間が形成される位置で、減速機300Cとローター111Cとを固定している。この隙間は、例えば、0.1mmである。また、第1接触面326Cと第2接触面102Cとの間に上述した隙間が形成されている場合において、ローター111Cの溝形成面201とバレル112の対向面212との間隔は、上述の隙間よりも大きく、例えば、0.2mmである。
以上のように構成された第3実施形態においても、第1実施形態と同様に、ローター111Cに固定された第1規制部325Cが、ローター111Cを収容する収容部101に固定された第2規制部103Cに接触した場合であっても、ローター111Cとバレル112とが予め定められた間隔を空けて離れる。そのため、ローター111Cがバレル112に当接した状態のまま回転することが抑制され、ローター111Cとバレル112とが摩耗して、耐久性が低下することを抑制できる。
また、本実施形態では、ボルト324は、第1規制部325Cの第1接触面326Cと、第2規制部103Cの第2接触面102Cとの間に隙間が形成される位置で、減速機300Cとローター111Cとを固定する。そのため、ローター111Cがバレル112に接触することをより確実に抑制できる。
なお、第3実施形態のように、第1規制部325Cがローター111Cに設けられている場合、減速機300Cは、入力軸と出力軸とが同一軸上にある同芯軸タイプの減速機に限らず、平行軸タイプの減速機や直交軸タイプの減速機であってもよい。また、ローター111Cは、減速機300Cを介すことなく、直接的に、駆動モーター118に接続されていてもよい。
D.第4実施形態:
図13は、第4実施形態における三次元造形装置400の概略構成を示す断面図である。三次元造形装置400は、可塑化装置110Dと、造形テーブル410と、移動機構420と、制御部500Dとを備えている。
図13は、第4実施形態における三次元造形装置400の概略構成を示す断面図である。三次元造形装置400は、可塑化装置110Dと、造形テーブル410と、移動機構420と、制御部500Dとを備えている。
可塑化装置110Dは、ローター111とバレル112とヒーター113とノズル114とを有している。可塑化装置110Dの構成は第1実施形態における可塑化装置110と同じである。ただし本実施形態では、連通孔116とノズル114の間には、ノズル114からの可塑化材料の吐出量あるいは吐出の有無を切り替えるバルブ430が設けられている。バルブ430は、制御部500Dの制御下で駆動される。
造形テーブル410の上面は、ノズル114に対向している。三次元造形物は、造形テーブル410上に造形される。本実施形態では、造形テーブル410は、水平方向に沿っている。造形テーブル410は、移動機構420によって支持されている。
移動機構420は、ノズル114と造形テーブル410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420は、造形テーブル410を移動させることによって、ノズル114と造形テーブル410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420は、3つのモーターが発生させる動力によって、造形テーブル410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420は、造形テーブル410を移動させずに、可塑化装置110Dを移動させることによって、ノズル114と造形テーブル410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420は、造形テーブル410と可塑化装置110Dとの両方を移動させることによって、ノズル114と造形テーブル410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400は、制御部500Dの制御下で、ノズル114と造形テーブル410との相対的な位置を変化させつつノズル114から可塑化材料を吐出させることによって、造形テーブル410上に可塑化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3実施形態における三次元造形装置400であれば、可塑化装置110Dとして第1実施形態と同様の装置が設けられているので、ローター111とバレル112の摩耗を抑制できる。そのため、三次元造形装置400の耐久性を高めることができる。なお、可塑化装置110Dは、第1実施形態と同様の装置に限らず、第2実施形態や第3実施形態と同様の装置であってもよい。
E.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。
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、材料の少なくとも一部を可塑化して可塑化材料を生成する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、前記可塑化材料が流入する連通孔が設けられたバレルと、前記ローターを収容する収容部と、前記ローターに固定され、前記バレル側を向く第1接触面を有する第1規制部と、前記収容部に固定され、前記第1接触面と対向し、前記第1接触面と接触可能な第2接触面を有する第2規制部と、を備え、前記ローターは、前記第1規制部と前記第2規制部とにより、前記回転軸に沿った移動が規制され、前記溝形成面は、前記第1接触面と前記第2接触面とが接触した状態において前記対向面に対して予め定められた間隔を空けて離れる。
このような形態であれば、ローターに固定された第1規制部が、ローターを収容する収容部に固定された第2規制部に接触した場合であっても、ローターとバレルとは予め定められた間隔を空けて離れる。そのため、ローターがバレルに当接した状態のまま回転することが抑制され、ローターとバレルとが摩耗して、耐久性が低下することを抑制できる。
このような形態であれば、ローターに固定された第1規制部が、ローターを収容する収容部に固定された第2規制部に接触した場合であっても、ローターとバレルとは予め定められた間隔を空けて離れる。そのため、ローターがバレルに当接した状態のまま回転することが抑制され、ローターとバレルとが摩耗して、耐久性が低下することを抑制できる。
(2)上記形態において、前記駆動モーターと前記ローターとに接続される減速機、を備え、前記減速機と前記ローターとは、固定部により固定されており、前記固定部は、前記第1接触面と前記第2接触面とが接触した状態において前記溝形成面が前記対向面に対して前記間隔を空けて離れる位置で、前記減速機と前記ローターとを固定してもよい。このような形態であれば、ローターとバレルとが接触しないようにローターを減速機に固定できる。
(3)上記形態において、前記減速機は、外歯を有し前記駆動モーターからの駆動力を受けて前記回転軸に交差する方向に揺れ動く第1ギア、および、内歯を有し前記第1ギアの前記外歯が前記内歯に接触することにより回転する第2ギア、を含み、前記固定部は、前記第2ギアと前記ローターとを固定してもよい。このような形態であれば、減速機の第2ギアにローターが固定されているので、ローターがバレルに接触することをより確実に抑制できる。
(4)上記形態において、前記第1規制部は、前記第2ギアに設けられてもよい。このような形態であれば、第1規制部が第2規制部に接触することによってローターが摩耗することを抑制できる。
(5)上記形態において、前記第1規制部は、前記ローターに設けられており、前記固定部は、前記第1接触面と前記第2接触面との間に隙間が形成される位置で前記減速機と前記ローターとを固定してもよい。このような形態であれば、ローターがバレルに接触することをより確実に抑制できる。
(6)上記形態において、前記第1接触面と前記第2接触面との接触状態にかかわらず、前記第1接触面と前記第2接触面との間の第1距離は、前記溝形成面と前記対向面との間の第2距離よりも小さくてもよい。このような形態であれば、ローターがバレルに接触することをより確実に抑制できる。
(7)上記形態において、前記第1規制部は、前記第1接触面とは反対側に第3接触面を有し、前記収容部は、前記第3接触面と接触可能な第4接触面を有する第3規制部を備えてもよい。このような形態であれば、ローターが回転軸に沿った方向において駆動モーター側に過度に移動することを抑制できるので、ローターの駆動モーター側への移動によって、材料の可塑化性能が低下することを抑制できる。
(8)上記形態において、前記第1接触面または第2接触面に、回転体が設けられてもよい。このような形態であれば、第1接触面と第2接触面との間の摺動抵抗を低減できる。また、回転体によって第1規制部が第2規制部に近づくことが抑制されるので、ローターがバレルに接触することを抑制できる。
(9)上記形態において、前記回転体は、前記回転軸を中心とする周方向に沿って、複数設けられてもよい。このような形態であれば、ローターに回転軸ぶれが生じることを抑制できる。
(10)本開示の第2の形態は、上記形態の可塑化装置と、前記連通孔から流出した前記可塑化材料を、成形型に射出するノズルと、を備える射出成形装置である。
(11)本開示の第3の形態は、上記形態の可塑化装置と、前記連通孔から流出した前記可塑化材料を、造形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である。
10…射出成形装置、12…成形型、12M…可動型、12S…固定型、20…基台、30…ホッパー、31…材料通路、101…収容部、102…第2接触面、103…第2規制部、104…第4接触面、105…第3規制部、110…可塑化装置、111…ローター、112…バレル、113…ヒーター、114…ノズル、115…スクリュー駆動部、116…連通孔、117…キャビティー、118…駆動モーター、119…出力軸、120…射出制御機構、121…射出シリンダー、122…プランジャー、123…プランジャー駆動部、124…逆止弁、130…型締装置、131…成形型駆動部、132…ボールネジ、201…溝形成面、202…溝、203…材料投入口、204…凸条部、205…中央部、206…窪み、211…案内溝、212…対向面、300…減速機、301…偏心体、302…ピン受け部、303…ピン受け凹部、305…鍔部、310…第1ギア、311…外歯、312…ピン、320…第2ギア、321…第1凹部、322…内歯、323…第2凹部、324…ボルト、325…第1規制部、326…第1接触面、327…第3接触面、328…底部、331…回転体、332…弾性体、341…第1ボールベアリング、342…第2ボールベアリング、343…第3ボールベアリング、344…ニードルベアリング、400…三次元造形装置、410…造形テーブル、420…移動機構、430…バルブ、500…制御部、RX…回転軸
Claims (11)
- 材料の少なくとも一部を可塑化して可塑化材料を生成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ローターと、
前記溝形成面に対向する対向面を有し、前記可塑化材料が流入する連通孔が設けられたバレルと、
前記ローターを収容する収容部と、
前記ローターに固定され、前記バレル側を向く第1接触面を有する第1規制部と、
前記収容部に固定され、前記第1接触面と対向し、前記第1接触面と接触可能な第2接触面を有する第2規制部と、を備え、
前記ローターは、前記第1規制部と前記第2規制部とにより、前記回転軸に沿った移動が規制され、
前記溝形成面は、前記第1接触面と前記第2接触面とが接触した状態において前記対向面に対して予め定められた間隔を空けて離れる、
可塑化装置。 - 請求項1に記載の可塑化装置であって、
前記駆動モーターと前記ローターとに接続される減速機、を備え、
前記減速機と前記ローターとは、固定部により固定されており、
前記固定部は、前記第1接触面と前記第2接触面とが接触した状態において前記溝形成面が前記対向面に対して前記間隔を空けて離れる位置で、前記減速機と前記ローターとを固定する、可塑化装置。 - 請求項2に記載の可塑化装置であって、
前記減速機は、外歯を有し前記駆動モーターからの駆動力を受けて前記回転軸に交差する方向に揺れ動く第1ギア、および、内歯を有し前記第1ギアの前記外歯が前記内歯に接触することにより回転する第2ギア、を含み、
前記固定部は、前記第2ギアと前記ローターとを固定する、可塑化装置。 - 請求項3に記載の可塑化装置であって、
前記第1規制部は、前記第2ギアに設けられている、可塑化装置。 - 請求項2または請求項3に記載の可塑化装置であって、
前記第1規制部は、前記ローターに設けられており、
前記固定部は、前記第1接触面と前記第2接触面との間に隙間が形成される位置で前記減速機と前記ローターとを固定する、可塑化装置。 - 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、
前記第1接触面と前記第2接触面との接触状態にかかわらず、前記第1接触面と前記第2接触面との間の第1距離は、前記溝形成面と前記対向面との間の第2距離よりも小さい、可塑化装置。 - 請求項1から6までのいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
前記第1規制部は、前記第1接触面とは反対側に第3接触面を有し、
前記収容部は、前記第3接触面と接触可能な第4接触面を有する第3規制部を備える、可塑化装置。 - 請求項1から7までのいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
前記第1接触面または前記第2接触面に、回転体が設けられている、可塑化装置。 - 請求項8に記載の可塑化装置であって、
前記回転体は、前記回転軸を中心とする周方向に沿って、複数設けられている、可塑化装置。 - 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、
前記連通孔から流出した前記可塑化材料を、成形型に射出するノズルと、
を備える射出成形装置。 - 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、
前記連通孔から流出した前記可塑化材料を、造形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。
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