JP2022034721A - 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】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。

特開２０１０－２４１０１６号公報

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。

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。 ローターの概略構成を示す斜視図である。 バレルの概略平面図である。 減速機の構造を示す断面図である。 減速機の一部を分解して示す断面図である。 第１ギアおよび第２ギアを＋Ｘ方向に見た平面図である。 第１規制部付近の拡大断面図である。 各部材の間隔を説明するための拡大断面図である。 第２実施形態における減速機の構造を説明する拡大断面図である。 回転体の配置を示す平面図である。 第３実施形態における可塑化装置の概略構成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。

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。

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。

（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。

（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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
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。
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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