JP2022154938A - ３次元積層物造形装置及び３次元積層物造形方法 - Google Patents

３次元積層物造形装置及び３次元積層物造形方法 Download PDF

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Abstract

【課題】吐出ノズルから吐出される溶融樹脂の流量の制御性を改善することができる３次元積層物造形装置等を提供する。【解決手段】溶融樹脂を貯留するシリンダ１１、１２と、前記シリンダに連通した吐出ノズル１８と、前記吐出ノズルに接近する方向に移動し前記シリンダ内の前記溶融樹脂を加圧することにより、前記吐出ノズルから前記溶融樹脂を吐出させるピストン１４、１５と、を備え、前記吐出ノズルから吐出される前記溶融樹脂である樹脂ビードをテーブル４上に積層することで、３次元造形物Ｏｂ１を造形する３次元積層物造形装置であって、前記テーブルに対して前記吐出ノズルを相対的に移動させる移動部と、前記吐出ノズルの移動速度を取得する取得部と、前記ピストンの移動を制御するピストン制御部と、を備え、前記ピストン制御部は、前記吐出ノズルの移動速度に基づいて、前記ピストンの移動を制御する。【選択図】図３７

Description

本発明は、３次元積層物造形装置及び３次元積層物造形方法に関する。
直列に配置された押出機（スクリュー）とギアポンプを備え、上流に位置する押出機（スクリュー）から送られてくる溶融樹脂（流動性材料）をギアポンプで調整することにより、吐出ノズルから吐出される溶融樹脂の流量を制御する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
米国特許出願公開第２０１８／００５６６０２号明細書
しかしながら、特許文献１に記載の装置においては、溶融樹脂の流量を制御するには、押出機（スクリュー）及びギアポンプの両方の回転を同時に制御しなければならず、制御性が悪いという課題がある。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、吐出ノズルから吐出される溶融樹脂の流量の制御性を改善することができる３次元積層物造形装置及び３次元積層物造形方法を提供するものである。
本発明にかかる３次元積層物造形装置は、
溶融樹脂を貯留するシリンダと、
前記シリンダに連通した吐出ノズルと、
前記シリンダ内を往復直線運動するピストンであって、前記吐出ノズルに接近する方向に移動し前記シリンダ内の前記溶融樹脂を加圧することにより、前記吐出ノズルから前記溶融樹脂を吐出させるピストンと、を備え、前記吐出ノズルから吐出される前記溶融樹脂である樹脂ビードをテーブル上に積層することで、３次元造形物を造形する３次元積層物造形装置であって、
前記テーブルに対して前記吐出ノズルを相対的に移動させる移動部と、
前記吐出ノズルの移動速度を取得する取得部と、
前記ピストンの移動を制御するピストン制御部と、を備え、
前記ピストン制御部は、前記吐出ノズルの移動速度に基づいて、前記ピストンの移動を制御する。
このような構成により、吐出ノズルから吐出される溶融樹脂の流量の制御性を改善することができる。
これは、押出機（スクリュー）及びギアポンプの両方の回転を制御するのではなく、溶融樹脂が貯留されたシリンダ内を往復直線運動するピストンの移動を制御することにより、溶融樹脂の流量を制御すること（流量制御の単純化）によるものである。
また、前記ピストン制御部は、前記吐出ノズルの移動速度に基づいて、前記樹脂ビードの寸法が一定となるように、前記ピストンの移動速度を制御してもよい。
このようにすれば、吐出ノズルの移動速度に基づいて、溶融樹脂が貯留されたシリンダ内を往復直線運動するピストンの移動速度を制御することにより、樹脂ビードの寸法を一定（略一定）に制御することができる。
また、前記ピストンに対して前記吐出ノズル側とは反対側の前記シリンダ内の空間は、樹脂原料が供給される樹脂原料被供給室であり、
前記ピストンに対して前記吐出ノズル側の前記シリンダ内の空間は、前記溶融樹脂を貯留する可塑化室であり、
前記ピストンは、前記吐出ノズルから離れる方向に移動することにより、前記樹脂原料被供給室に供給された前記樹脂原料を可塑化して当該可塑化された樹脂原料である前記溶融樹脂を前記可塑化室に貯留し、前記吐出ノズルに接近する方向に移動し前記可塑化室に貯留された前記溶融樹脂を加圧することにより、前記可塑化室に貯留された前記溶融樹脂を前記吐出ノズルから吐出させてもよい。
このようにすれば、一旦樹脂原料を可塑化し貯留した後、往復直線運動する一つのピストンにより当該貯留した溶融樹脂を加圧することにより、吐出ノズルから溶融樹脂を吐出させることができる。これにより、押出機（スクリュー）及びギアポンプの両方の回転を同時に制御する上記特許文献１と比べ、制御性が改善される。また、樹脂原料の可塑化（溶融樹脂の生成及び貯留）と貯留された溶融樹脂の流量の制御とを、往復直線運動する一つのピストンで行うことができる。また、一つのピストンにより樹脂原料の可塑化と貯留された溶融樹脂の流量の制御とを行うことができるため、樹脂原料を可塑化するための機構を別途設ける必要がない。
また、前記ピストン制御部は、前記吐出ノズルから吐出される前記溶融樹脂の流量が、前記吐出ノズルの移動速度×前記樹脂ビードの断面積になるように、前記ピストンの移動速度を制御してもよい。
このようにすれば、樹脂ビードの寸法を一定（略一定）に制御することができる。
また、前記シリンダに貯留された前記溶融樹脂の温度を制御する温度制御部をさらに備えていてもよい。
このようにすれば、シリンダに貯留された溶融樹脂の温度を当該溶融樹脂に適した温度（過熱されず溶融状態が保たれる温度）となるように制御することができる。
また、前記吐出ノズルから吐出される前記溶融樹脂の吐出流量を予測する流量予測部と、
前記吐出ノズルの移動を制御する吐出ノズル制御部と、を備え、
前記吐出ノズル制御部は、前記予測された吐出流量に基づいて、前記樹脂ビードの寸法が一定となるように、前記移動部を制御することにより前記吐出ノズルの移動速度を制御してもよい。
このようにすれば、予測された吐出流量に基づいて、吐出ノズルの移動速度を制御することにより、樹脂ビードの寸法を一定（略一定）に制御することができる。
また、前記吐出ノズル制御部は、前記吐出ノズルの移動速度が、前記予測された吐出流量／前記樹脂ビードの断面積になるように、前記移動部を制御することにより前記吐出ノズルの移動速度を制御してもよい。
このようにすれば、樹脂ビードの寸法を一定（略一定）に制御することができる。
また、前記ピストン制御部は、所定タイミングで、前記ピストンが前記吐出ノズルから離れる方向に所定量移動するように前記ピストンを制御してもよい。
このようにすれば、所定タイミングで、ピストンが吐出ノズルから離れる方向に所定量移動するようにピストンを制御することにより、吐出圧力を負圧（例えば、外気圧より小さい圧力）にすることができる。これにより、残圧や重力等により溶融樹脂が吐出され続けるのを抑制することができる。その結果、樹脂ビードの寸法を一定（略一定）に制御することができる。
また、前記所定タイミングは、前記吐出ノズルの移動速度が０以外から０に変化したタイミングであってもよい。
このようにすれば、吐出ノズルの移動速度が０以外から０に変化したタイミング（移動する吐出ノズルが停止したタイミング）で吐出圧力を負圧（例えば、外気圧より小さい圧力）にすることができる。
また、前記所定量は、前記吐出ノズル内の樹脂圧力が前記吐出ノズル外の樹脂圧力より低くなる量であってもよい。
このようにすれば、吐出ノズル内の樹脂圧力が前記吐出ノズル外の樹脂圧力より低くなることにより、残圧や重力等により溶融樹脂が吐出され続けるのを抑制することができる。
また、前記所定タイミングは、前記吐出ノズルの移動速度が０以外から０に変化すると予測されるタイミングより所定時間前のタイミングであってもよい。
このようにすれば、吐出ノズルの移動速度が０以外から０に変化する（移動する吐出ノズルが停止する）と予測されるタイミングより前の所定時間の間、吐出圧力を負圧（例えば、外気圧より小さい圧力）にすることができる。
また、前記所定量は、前記吐出ノズル内の樹脂圧力が前記吐出ノズル外の樹脂圧力より低くなる量であってもよい。
このようにすれば、吐出ノズル内の樹脂圧力が前記吐出ノズル外の樹脂圧力より低くなることにより、残圧や重力等により溶融樹脂が吐出され続けるのを抑制することができる。
また、前記所定時間は、前記ピストンが前記所定量移動するのに要する時間であってもよい。
このようにすれば、吐出ノズルの移動速度が０以外から０に変化するタイミング（移動する吐出ノズルが停止するタイミング）と同じタイミングで、残圧や重力等により溶融樹脂が吐出され続けるのを抑制することができる（吐出ノズルから吐出される溶融樹脂の流量を０（ゼロ）にできる）。
また、前記吐出ノズルから離れる方向への前記ピストンの移動速度は、前記樹脂原料被供給室から可塑化室にエアが流入しない速度であってもよい。
このようにすれば、可塑化室へのエアの混入を防止することができる。
また、前記可塑化室と前記吐出ノズルとの間に配置され、前記可塑化室と前記吐出ノズルとを連通する前記溶融樹脂の流路を開く開位置又は当該流路を閉鎖する閉位置に位置するチェックボールと、
弾性力により前記チェックボールを前記閉位置に位置させる弾性部材と、をさらに備え、
前記チェックボールは、前記ピストンが前記吐出ノズルに接近する方向に移動し前記シリンダ内の前記溶融樹脂を加圧する圧力が所定圧力を超えた場合、前記弾性部材を弾性変形させつつ前記閉位置から前記開位置に移動し、前記ピストンが前記吐出ノズルから離れる方向に移動した場合、前記弾性部材が弾性変形前の形状に戻る復元力により前記開位置から前記閉位置に移動してもよい。
このようにすれば、シリンダ内を往復直線運動するピストンの移動に応じてチェックボールが自動的に開位置又は閉位置に移動することにより、複数のシリンダと吐出ノズルとを連通させ、一方のシリンダ内の溶融樹脂を吐出ノズルから吐出させる場合、他方のシリンダ内に溶融樹脂が逆流することを防止することができる。
また、前記ピストン制御部は、前記吐出ノズルの出口と前記３次元造形物とが流体的につながった状態で、前記ピストンが前記吐出ノズルから離れる方向に所定量移動するように前記ピストンを制御することにより、前記３次元造形物のうち未硬化の前記樹脂ビードを吸引してもよい。
これにより、３次元造形物のうち一旦積層された未硬化の樹脂ビード（例えば、樹脂ビードが重なった部分の樹脂ビード）を吸引することができる。その結果、樹脂ビードの寸法を一定（略一定）に制御することができる。
また、前記シリンダと前記ピストンとの複数の組み合わせを備えていてもよい。
このようにすれば、途切れることなく連続して溶融樹脂を吐出させることができる。
また、本発明にかかる３次元積層物造形方法は、
溶融樹脂を貯留するシリンダと、
前記シリンダに連通した吐出ノズルと、
前記シリンダ内を往復直線運動するピストンであって、前記吐出ノズルに接近する方向に移動し前記シリンダ内の前記溶融樹脂を加圧することにより、前記吐出ノズルから前記溶融樹脂を吐出させるピストンと、を備え、前記吐出ノズルから吐出される前記溶融樹脂である樹脂ビードをテーブル上に積層することで、３次元造形物を造形する３次元積層物造形装置における３次元造形物造形方法であって、
前記３次元積層物造形装置は、前記テーブルに対して前記吐出ノズルを相対的に移動させる移動部をさらに備え、
前記吐出ノズルの移動速度を取得する取得ステップと、
前記ピストンの移動を制御するピストン制御ステップと、を備え、
前記ピストン制御ステップは、前記吐出ノズルの移動速度に基づいて、前記ピストンの移動を制御する。
また、前記吐出ノズルから吐出される前記溶融樹脂の吐出流量を予測する流量予測ステップと、
前記吐出ノズルの移動を制御する吐出ノズル制御ステップと、を備え、
前記吐出ノズル制御ステップは、前記予測された吐出流量に基づいて、前記樹脂ビードの直径が一定となるように、前記移動部を制御することにより前記吐出ノズルの移動速度を制御してもよい。
また、前記ピストン制御ステップは、所定タイミングで、前記ピストンが前記吐出ノズルから離れる方向に所定量移動するように、前記移動部を制御してもよい。
本発明により、吐出ノズルから吐出される溶融樹脂の流量の制御性を改善することができる３次元積層物造形装置及び３次元積層物造形方法を提供することができる。
実施の形態１の射出成形装置を概略的に示す図である。 実施の形態１の射出成形装置の制御系のブロック図である。 実施の形態１の射出成形機のＺ軸－側の部分を拡大して示す図である。 図３のIV－IV矢視断面図である。 図１のＶ－Ｖ矢視断面図である。 図３のVI－VI矢視断面図である。 実施の形態１の第１のピストンユニット及び第２のピストンユニットを示す斜視図である。 実施の形態１の第１のピストンユニット及び第２のピストンユニットを示す分解図である。 実施の形態１の射出成形装置の動作を示す図である。 実施の形態１の射出成形装置の動作を示す図である。 実施の形態１の射出成形装置の動作を示す図である。 実施の形態１の射出成形装置の動作を示す図である。 実施の形態１の射出成形装置の動作を示す図である。 実施の形態２の射出成形機２Ａの構成図である。 実施の形態２の制御装置７Ａの構成図である。 （ａ）ノズル移動速度と指示流量との関係を表すグラフ（ノズル径が１ｍｍ、シリンダー径が２０ｍｍの場合）、（ｂ）ノズル移動速度と指示流量との関係を表す他のグラフ（ノズル径が１２ｍｍ、シリンダー径が１００ｍｍの場合）である。 べき指数の一例（代表例）である。 （ａ）体積弾性率の算出数値表の一例、（ｂ）図１８（ａ）をプロットしたグラフである。 圧力と流量の関係をせん断速度と溶融粘度の関係に変換する具体例（樹脂名：ABS、温度：210℃）である。 図１９中の「せん断速度」及び「溶融粘度」をプロットしたグラフである。 ターゲット圧力算出部３１Ａの動作例のフローチャートである。 移動速度算出部３２Ａの動作例（トーピード移動速度フィードフォーワード制御）のフローチャートである。 式１０の各要素を図示した概略図である。 式１２～式１５中の各要素を図示した概略図である。 吐出の２サイクル目以降の動作例のフローチャートである。 式１８～式１９中の各要素を図示した概略図である。 流量制御の実施例１、実施例２共通のフローチャートである。 実施例１のシミュレーション結果（１～３サイクル）をまとめた表である。 実施例２のシミュレーション結果（１～３サイクル）をまとめた表である。 実施の形態３の制御装置７Ｂの構成図である。 異常検出部３５Ａの動作例（自動停止判定及び欠陥発生判定ロジック）のフローチャートである。 異常検出部３５Ａの他の動作例（自動停止判定及び欠陥発生判定ロジック）のフローチャートである。 ３Ｄプリンタに用いた時の造形欠陥予測位置の記録方法の実施例のフローチャートである。 実施例３の結果（１～６サイクル）をまとめた表である。 位置記憶部２５に記憶された造形欠陥の予測位置（異常検出部３５Ａが異常（欠陥）を検出した時点のノズル位置）の一例である。 実施例４の結果（１～５サイクル）をまとめた表である。 実施の形態４の３Ｄプリンタ３００のシステム構成図である。 （ａ）Ｘ軸方向ノズル速度と時間との関係を表すグラフ、（ｂ）Ｙ軸方向ノズル速度と時間との関係を表すグラフ、（ｃ）ノズル並進速度の大きさと時間との関係を表すグラフである。 ３Ｄプリンタ３００の機能ブロック図である。 ３Ｄプリンタ３００の動作の概略のフローチャートである。 ３Ｄプリンタ３００の動作の詳細のフローチャートである。 押し出す流量Ｑｉと吐出ノズル１８の並進速度ＶＲとの関係を表すグラフである。 図４１のフローチャートにより造形した３次元造形物Ｏｂ１（積層造形体）の例である。 ３Ｄプリンタ３００の他の動作例１の詳細のフローチャートである。 吐出ノズル１８の並進速度Ｖｉと予測された吐出流量ＱＰ（予測流出量）との関係を表すグラフである。 図４４のフローチャートにより造形した３次元造形物Ｏｂ２（積層造形体）の例である。 ３Ｄプリンタ３００の他の動作例２の詳細のフローチャートである。 吐出ノズル１８近傍の拡大断面図である。 ３Ｄプリンタ３００の他の動作例３の詳細のフローチャートである。 図４９のフローチャートにより造形した３次元造形物Ｏｂ３（積層造形体）の例である。 比較例６の課題１を図示した図である。 実施の形態６の利点及び比較例６の課題１を図示した図である。 流体的に繋がった状態を説明する図である。
以下、本開示を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
＜実施の形態１＞
先ず、本実施の形態の射出成形装置の構成を説明する。本実施の形態の射出成形装置は、射出成形機を用いてワークを積層造形する際に好適である。図１は、本実施の形態の射出成形装置を概略的に示す図である。図２は、本実施の形態の射出成形装置の制御系のブロック図である。なお、以下の説明では、説明を明確にするために、三次元（ＸＹＺ）座標系を用いて説明する。
射出成形装置１は、図１及び図２に示すように、射出成形機２、供給装置３、テーブル４（以下、ベースプレート４とも呼ぶ）、移動装置５、加熱装置６及び制御装置７を備えている。射出成形機２は、例えば、連続的に溶融樹脂を射出可能な構成である。図３は、本実施の形態の射出成形機のＺ軸－側の部分を拡大して示す図である。図４は、図３のIV－IV矢視断面図である。図５は、図１のＶ－Ｖ矢視断面図である。図６は、図３のVI－VI矢視断面図である。
射出成形機２は、図１乃至図３に示すように、第１のシリンダ１１、第２のシリンダ１２、端部プレート１３、第１のピストンユニット１４、第２のピストンユニット１５、第１の駆動部１６、第２の駆動部１７、射出部１８及び第１の制御部１９を備えている。
第１のシリンダ１１は、図３に示すように、Ｚ軸方向に延在しており、第１のシリンダ１１のＺ軸＋側の端部が閉塞された有天筒形状を基本形態としている。つまり、第１のシリンダ１１は、Ｚ軸＋側に配置された閉塞部１１ａ、及び閉塞部１１ａの周縁部と連続し、且つ、閉塞部１１ａからＺ軸－側に延在する筒状の側壁部１１ｂを備えており、第１のシリンダ１１のＺ軸－側の端部が開放されている。
第１のシリンダ１１の閉塞部１１ａには、図３に示すように、当該閉塞部１１ａをＺ軸方向に貫通する貫通孔１１ｃが形成されている。また、第１のシリンダ１１の側壁部１１ｂにおけるＺ軸＋側の部分には、図３及び図４に示すように、樹脂原料が供給される供給孔１１ｄが形成されている。樹脂原料は、例えば、樹脂ペレット（複数）である。
第２のシリンダ１２は、図３及び図４に示すように、Ｚ軸方向に延在しており、第１のシリンダ１１とＹ軸方向で並べられている。第２のシリンダ１２は、第１のシリンダ１１と等しい構成とされているため、重複する説明は省略するが、貫通孔１２ｃを有する閉塞部１２ａ、及び供給孔１２ｄを有する側壁部１２ｂを備えており、第２のシリンダ１２のＺ軸－側の端部が開放されている。
端部プレート１３は、図３に示すように、第１のシリンダ１１及び第２のシリンダ１２のＺ軸－側の端部に固定されている。端部プレート１３は、本体部１３ａ及び逆止弁１３ｂを備えている。本体部１３ａは、例えば、板形状を基本形態としており、Ｙ軸方向に間隔を開けて貫通孔１３ｃが形成されている。
貫通孔１３ｃは、図３に示すように、本体部１３ａをＺ軸方向に貫通しており、貫通孔１３ｃのＺ軸－側の部分に逆止弁１３ｂが収容される収容部１３ｄを備えている。収容部１３ｄのＺ軸＋側の面は、貫通孔１３ｃの中心から外側に向かうのに従ってＺ軸－側に傾斜する傾斜面である。
このとき、貫通孔１３ｃのＺ軸＋側の部分は、貫通孔１３ｃの中心から外側に向かうのに従ってＺ軸＋側に傾斜する傾斜面を備え、当該傾斜面のＺ軸－側の端部が収容部１３ｄのＺ軸＋側の端部と連続しているとよい。
逆止弁１３ｂは、Ｚ軸－側への溶融樹脂の流れを許容し、Ｚ軸＋側への溶融樹脂の流れを遮断する。逆止弁１３ｂは、例えば、チェックバルブで構成することができ、図３に示すように、チェックボール１３ｅ及びスプリング１３ｆを備えている。ここで、スプリング１３ｆの弾性力は、チェックボール１３ｅに予め設定された圧力が作用した際に逆止弁１３ｂが開放されるように、適宜、設定すればよい。
このような端部プレート１３は、図３に示すように、端部プレート１３で第１のシリンダ１１のＺ軸－側の開放口及び第２のシリンダ１２のＺ軸－側の開放口を覆うように、本体部１３ａに形成されたボルト孔１３ｇに通されたボルト１３ｈを介して第１のシリンダ１１及び第２のシリンダ１２のＺ軸－側の端部に固定されている。
このとき、端部プレート１３におけるＹ軸－側の貫通孔１３ｃが第１のシリンダ１１に対してＺ軸－側に配置され、端部プレート１３におけるＹ軸＋側の貫通孔１３ｃが第２のシリンダ１２に対してＺ軸－側に配置される。
ここで、端部プレート１３におけるＹ軸－側の貫通孔１３ｃの中心軸と、第１のシリンダ１１の中心軸と、が略重なるように配置され、端部プレート１３におけるＹ軸＋側の貫通孔１３ｃの中心軸と、第２のシリンダ１２の中心軸と、が略重なるように配置されるとよい。
第１のピストンユニット１４は、図３に示すように、第１のシリンダ１１の内部を摺動可能に当該第１のシリンダ１１の内部に配置されている。図７は、本実施の形態の第１のピストンユニット及び第２のピストンユニットを示す斜視図である。図８は、本実施の形態の第１のピストンユニット及び第２のピストンユニットを示す分解図である。
第１のピストンユニット１４は、図７及び図８に示すように、トーピードピストン１４ａ、逆止リング１４ｂ、ストッパ１４ｃ、加圧ピストン１４ｄ及び付勢手段１４ｅを備えている。トーピードピストン１４ａは、トーピードピストン１４ａのＺ軸＋側の端部が閉塞された有天筒形状を基本形態としており、大凡、第１のシリンダ１１の内周形状と対応する外周形状を有する。このとき、トーピードピストン１４ａのＺ軸＋側の面は、トーピードピストン１４ａの中央から周縁部に向かうのに従ってＺ軸－側に向かって傾斜する傾斜面とされているとよい。
トーピードピストン１４ａの外周面には、図７及び図８に示すように、溝部１４ｆが形成されている。溝部１４ｆは、Ｚ軸方向に延在しており、トーピードピストン１４ａの周方向に略等しい間隔で配置されている。
但し、溝部１４ｆは、後述するように、第１のシリンダ１１における第１のピストンユニット１４に対してＺ軸＋側の第１の空間Ｓ１に供給された樹脂原料が溝部１４ｆを通過する際に、樹脂原料を可塑化させて溶融樹脂とし、当該溶融樹脂を第１のシリンダ１１における第１のピストンユニット１４に対してＺ軸－側の第２の空間Ｓ２に流入させることができる形状及び配置であればよい。
逆止リング１４ｂは、図５、図７及び図８に示すように、第１のシリンダ１１の内周形状と略等しい外周形状を有する環形状であり、トーピードピストン１４ａに対してＺ軸－側に配置されている。ストッパ１４ｃは、逆止リング１４ｂをトーピードピストン１４ａのＺ軸－側の端部に保持する。
ストッパ１４ｃは、例えば、図８に示すように、リング部１４ｇ及び引っ掛け部１４ｈを備えている。リング部１４ｇは、トーピードピストン１４ａの内周形状と略等しい外周形状を有する。引っ掛け部１４ｈは、Ｚ軸に対して直交する方向から見て略Ｌ字形状であり、引っ掛け部１４ｈの鉛直部分のＺ軸＋側の端部がリング部１４ｇに固定されている。
引っ掛け部１４ｈの水平部分は、図８に示すように、引っ掛け部１４ｈの鉛直部分のＺ軸－側の端部からリング部１４ｇの外側に向かって突出している。引っ掛け部１４ｈは、リング部１４ｇの周方向に略等しい間隔で配置されている。
リング部１４ｇ、及び引っ掛け部１４ｈの鉛直部分が逆止リング１４ｂの貫通孔に通された状態で、リング部１４ｇがトーピードピストン１４ａのＺ軸－側の端部の開放口に嵌合されている。これにより、逆止リング１４ｂは、ストッパ１４ｃを介してトーピードピストン１４ａのＺ軸－側の端部に保持されている。
このとき、引っ掛け部１４ｈの鉛直部分のＺ軸方向の長さは、逆止リング１４ｂのＺ軸方向の厚さに対して長い。これにより、逆止リング１４ｂは、第１のシリンダ１１のＺ軸－側の端部と引っ掛け部１４ｈの水平部分との間でＺ軸方向に移動可能である。但し、ストッパ１４ｃは、逆止リング１４ｂをＺ軸方向に移動可能に第１のシリンダ１１のＺ軸－側の端部に保持できる構成であればよい。
加圧ピストン１４ｄは、図７及び図８に示すように、加圧ピストン１４ｄのＺ軸－側の端部が閉塞された有底筒形状であり、例えば、加圧ピストン１４ｄのＺ軸－側の端面は、ＸＹ平面と平行な略平坦面である。そして、加圧ピストン１４ｄの外周形状は、トーピードピストン１４ａの内周形状と略等しい。
加圧ピストン１４ｄは、図３に示すように、トーピードピストン１４ａの内周面と加圧ピストン１４ｄの外周面との間をシール部材１４ｉで塞いだ状態で当該トーピードピストン１４ａの内部に摺動可能に挿入されている。
つまり、トーピードピストン１４ａの内部は加圧ピストン１４ｄの摺動部として機能し、加圧ピストン１４ｄがトーピードピストン１４ａに対してＺ軸方向に摺動することで、トーピードピストン１４ａに対する第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２への突出量が変化する。なお、加圧ピストン１４ｄの外周縁で囲まれた領域の面積や最大移動量などは、後述する。
このとき、詳細な機能は後述するが、図７及び図８に示すように、加圧ピストン１４ｄのＺ軸－側の端面には、溶融樹脂が侵入する侵入部１４ｊが形成されているとよい。侵入部１４ｊは、例えば、加圧ピストン１４ｄのＺ軸－側の端面に形成された溝部であり、Ｚ軸に対して直交する方向に延在している。
但し、侵入部１４ｊは、加圧ピストン１４ｄのＺ軸－側の端面が端部プレート１３のＺ軸＋側の端部に接触した状態で、加圧ピストン１４ｄのＺ軸－側の端面と端部プレート１３のＺ軸＋側の端部との間に溶融樹脂を侵入させることができる形状であればよい。
付勢手段１４ｅは、加圧ピストン１４ｄをトーピードピストン１４ａに対して第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２の側に付勢する。付勢手段１４ｅは、例えば、図８に示すように、コイルバネなどの弾性部材である。
付勢手段１４ｅは、付勢手段１４ｅのＺ軸＋側の端部がトーピードピストン１４ａのＺ軸＋側の端部に接触し、付勢手段１４ｅのＺ軸－側の端部が加圧ピストン１４ｄのＺ軸－側の端部に接触した状態で、加圧ピストン１４ｄの内部に配置されている。なお、付勢手段１４ｅの付勢力などは、後述する。
第２のピストンユニット１５は、図３に示すように、第２のシリンダ１２の内部を摺動可能に当該第２のシリンダ１２の内部に配置されている。第２のピストンユニット１５は、第１のピストンユニット１４と等しい構成とされているため、重複する説明は省略するが、図５、図７及び図８に示すように、外周面に溝部１５ｆが形成されたトーピードピストン１５ａ、逆止リング１５ｂ、リング部１５ｇ及び引っ掛け部１５ｈを備えるストッパ１５ｃ、加圧ピストン１５ｄ及び付勢手段１５ｅを備えている。
そして、図３に示すように、トーピードピストン１５ａの内周面と加圧ピストン１５ｄの外周面との間をシール部材１５ｉで塞いだ状態で、加圧ピストン１５ｄがトーピードピストン１５ａの内部に摺動可能に挿入されている。このとき、図５、図７及び図８に示すように、加圧ピストン１５ｄのＺ軸－側の端面にも、溶融樹脂が侵入する侵入部１５ｊが形成されているとよい。
第１の駆動部１６は、第１のピストンユニット１４をＺ軸方向に駆動させる。第１の駆動部１６は、図３に示すように、モータ１６ａ、ネジ軸１６ｂ、スライダ１６ｃ、ロッド１６ｄ及びケース１６ｅを備えている。モータ１６ａは、例えば、サーボモータであり、ケース１６ｅのＺ軸＋側の端部に固定されている。モータ１６ａの出力軸の回転角度は、エンコーダ１６ｆ（図２を参照）によって検出される。
ネジ軸１６ｂは、図３に示すように、Ｚ軸方向に延在しており、ケース１６ｅの内部で軸受け１６ｇを介して回転可能に支持されている。そして、ネジ軸１６ｂのＺ軸＋側の端部は、ケース１６ｅのＺ軸＋側の端部に形成された貫通孔１６ｈに通された状態で、モータ１６ａの出力軸から駆動力を伝達可能に当該出力軸に接続されている。
スライダ１６ｃは、ネジ孔を備えており、ケース１６ｅの内部でスライダ１６ｃがネジ軸１６ｂに沿って移動するように、スライダ１６ｃのネジ孔がネジ軸１６ｂに噛み合わされている。これらのネジ軸１６ｂ及びスライダ１６ｃは、ボールネジを構成し、ケース１６ｅの内部に収容されている。
ロッド１６ｄは、図３に示すように、Ｚ軸方向に延在しており、ケース１６ｅのＺ軸－側の端部に形成された貫通孔１６ｉ及び第１のシリンダ１１の貫通孔１１ｃに通されている。ロッド１６ｄのＺ軸＋側の端部はスライダ１６ｃに固定され、ロッド１６ｄのＺ軸－側の端部は第１のピストンユニット１４のトーピードピストン１４ａのＺ軸＋側の端部に固定されている。
ケース１６ｅは、図３に示すように、モータ１６ａ、ネジ軸１６ｂ、スライダ１６ｃ及びロッド１６ｄを支持する。ケース１６ｅは、例えば、箱形状であり、ケース１６ｅの内部に密閉空間を形成している。このようなケース１６ｅのＺ軸－側の端部には、第１のシリンダ１１の閉塞部１１ａが固定されている。
第２の駆動部１７は、第２のピストンユニット１５をＺ軸方向に駆動させる。第２の駆動部１７は、第１の駆動部１６と略等しい構成とされているため、重複する説明は省略するが、図３に示すように、モータ１７ａ、ネジ軸１７ｂ、スライダ１７ｃ、ロッド１７ｄ及びケース１７ｅを備えている。
つまり、モータ１７ａは、ケース１７ｅのＺ軸＋側の端部に固定されており、モータ１７ａの出力軸の回転角度がエンコーダ１７ｆ（図２を参照）によって検出される。ネジ軸１７ｂは、図３に示すように、軸受け１７ｇを介してケース１７ｅの内部で支持されており、ネジ軸１７ｂがケース１７ｅのＺ軸＋側の端部に形成された貫通孔１７ｈに通された状態で、ネジ軸１７ｂのＺ軸＋側の端部がモータ１７ａの出力軸に接続されている。
スライダ１７ｃは、ケース１７ｅの内部でネジ軸１７ｂに沿って移動するように、スライダ１７ｃのネジ孔がネジ軸１７ｂに噛み合わされている。ロッド１７ｄは、ケース１７ｅのＺ軸－側の端部に形成された貫通孔１７ｉ及び第２のシリンダ１２の貫通孔１２ｃに通されている。そして、ロッド１７ｄのＺ軸＋側の端部はスライダ１７ｃに固定され、ロッド１７ｄのＺ軸－側の端部は第２のピストンユニット１５のトーピードピストン１５ａのＺ軸＋側の端部に固定されている。
ケース１７ｅは、図３に示すように、モータ１７ａ、ネジ軸１７ｂ、スライダ１７ｃ及びロッド１７ｄを支持し、ケース１６ｅの内部に密閉空間を形成している。そして、ケース１７ｅのＺ軸－側の端部には、第２のシリンダ１２の閉塞部１２ａが固定されている。
本実施の形態では、図１及び図３に示すように、ケース１７ｅを第１の駆動部１６のケース１６ｅと一体的に形成しており、共通の密閉空間を形成している。そのため、以下の説明では、第１の駆動部１６のケース１６ｅを示す場合、第２の駆動部１７のケース１７ｅも併せて示している場合がある。但し、ケース１７ｅは、第１の駆動部１６のケース１６ｅと別部材で構成してもよい。
射出部１８は、第１のシリンダ１１及び第２のシリンダ１２から押し出される溶融樹脂を射出することができるように、端部プレート１３に対してＺ軸－側に配置されている。射出部１８は、図３に示すように、溶融樹脂を射出する射出口１８ａ（樹脂吐出孔。本発明の吐出ノズルに相当。以下、吐出ノズル１８ａ又はノズル１８ａとも呼ぶ）、射出口１８ａからＺ軸＋側であって、且つ、Ｙ軸－側に延在する第１の分岐路１８ｂ、及び、射出口１８ａからＺ軸＋側であって、且つ、Ｙ軸＋側に延在する第２の分岐路１８ｃを備えている。ここで、射出口１８ａは、Ｚ軸－側に向かうのに従って絞られた形状であるとよい。
射出部１８は、図３に示すように、リテーリングナット１８ｄを介して端部プレート１３に固定されている。このとき、第１の分岐路１８ｂのＺ軸＋側の端部は、端部プレート１３におけるＹ軸－側の貫通孔１３ｃと連通し、第２の分岐路１８ｃのＺ軸＋側の端部は、端部プレート１３におけるＹ軸＋側の貫通孔１３ｃと連通する。
射出部１８は、射出口１８ａが形成される第１のプレート１８ｅと、第１の分岐路１８ｂ及び第２の分岐路１８ｃが形成される第２のプレート１８ｆと、に分割されており、詳細な機能は後述するが、第１のプレート１８ｅ又は第２のプレート１８ｆの少なくとも一方がセラミックプレートで構成されているとよい。ここで、射出部１８には、逆止弁１３ｂの一部を収容する収容部を形成することができる。
第１の制御部１９は、詳細は後述するが、エンコーダ１６ｆ、１７ｆの検出結果に基づいて、第１の駆動部１６のモータ１６ａ及び第２の駆動部１７のモータ１７ａを制御する。
供給装置３は、樹脂原料を第１のシリンダ１１及び第２のシリンダ１２に供給する。供給装置３は、図１乃至図３に示すように、排気部３１、ホッパ３２、加圧部３３及び第２の制御部３４を備えている。排気部３１は、第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１、第２のシリンダ１２における第２のピストンユニット１５に対してＺ軸＋側の第１の空間Ｓ３、及びトーピードピストン１４ａ、１５ａと加圧ピストン１４ｄ、１５ｄとで囲まれた空間から気体を排出する。
詳細には、排気部３１は、排気路３１ａ、排気孔３１ｂ及び排気弁３１ｃを備えている。排気路３１ａは、図３に示すように、第１の駆動部１６のロッド１６ｄ並びにトーピードピストン１４ａ、及び第２の駆動部１７のロッド１７ｄ並びにトーピードピストン１５ａに夫々形成されている。排気路３１ａは、ロッド１６ｄ、１７ｄの内部を通ってトーピードピストン１４ａ、１５ａのＺ軸＋側の端部を貫通し、Ｚ軸方向に延在している。
排気路３１ａのＺ軸－側の端部は、分岐しており、ロッド１６ｄ、１７ｄのＺ軸－側の端部の周面に到達すると共に、トーピードピストン１４ａ、１５ａと加圧ピストン１４ｄ、１５ｄとで囲まれた空間に到達し、排気路３１ａのＺ軸＋側の端部は、ロッド１６ｄ、１７ｄのＺ軸＋側の端面に到達している。
そのため、排気路３１ａのＺ軸－側の端部は、第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１及びトーピードピストン１４ａと加圧ピストン１５ｄとで囲まれた空間、又は第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３及びトーピードピストン１５ａと加圧ピストン１５ｄとで囲まれた空間に連通し、排気路３１ａのＺ軸＋側の端部は、第１の駆動部１６のケース１６ｅの内部に配置されている。
排気孔３１ｂは、第１の駆動部１６のケース１６ｅに形成されている。但し、第１の駆動部１６のケース１６ｅと第２の駆動部１７のケース１７ｅとが別部材で構成されている場合、各々のケース１６ｅ、１７ｅに排気孔３１ｂが形成される。排気弁３１ｃは、排気管３５を介して排気孔３１ｂに接続されている。排気弁３１ｃは、例えば、電磁バルブである。
ホッパ３２は、第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１及び第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３に供給する樹脂原料Ｍを収容する。本実施の形態では、図１に示すように、ホッパ３２として、第１のホッパ３２ａ及び第２のホッパ３２ｂを備えている。
第１のホッパ３２ａは、第１のホッパ３２ａの内部を密閉可能な構成とされており、第１の供給管３６を介して第１のシリンダ１１の供給孔１１ｄに接続されている。第２のホッパ３２ｂは、第２のホッパ３２ｂの内部を密閉可能な構成とされており、第２の供給管３７を介して第２のシリンダ１２の供給孔１２ｄに接続されている。
これらの第１のホッパ３２ａ及び第２のホッパ３２ｂは、余熱ヒータによって樹脂原料Ｍを乾燥状態に維持できる構成であればよい。これにより、樹脂原料Ｍを可塑化する際に発生する水蒸気による造形不良を抑制することができる。
また、第１のシリンダ１１の供給孔１１ｄ、第２のシリンダ１２の供給孔１２ｄ、第１の供給管３６及び第２の供給管３７の内径は、樹脂原料Ｍである樹脂ペレットの対角線の２倍以下であるとよい。
これにより、第１のシリンダ１１の供給孔１１ｄ、第２のシリンダ１２の供給孔１２ｄ、第１の供給管３６及び第２の供給管３７で樹脂原料Ｍが並んでブリッジを起こし、各々の内部が詰まることを抑制できる。
加圧部３３は、ホッパ３２内を気体で加圧するエアポンプである。本実施の形態では、図１に示すように、加圧部３３は、第１の接続管３８を介して第１のホッパ３２ａに接続され、且つ、第２の接続管３９を介いて第２のホッパ３２ｂに接続されている。
加圧部３３は、例えば、常時、ホッパ３２内を加圧する。そのため、排気弁３１ｃ及び端部プレート１３の逆止弁１３ｂが閉じた状態では、第１のシリンダ１１と、第２のシリンダ１２と、トーピードピストン１４ａ、１５ａと加圧ピストン１４ｄ、１５ｄとで囲まれた空間と、第１の駆動部１６のケース１６ｅと、で形成される密閉空間が当該ケース１６ｅの外側に対して高圧に維持される。
第２の制御部３４は、後述する所望のタイミングで第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１又は第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３から気体を排出するために、排気弁３１ｃを制御する。
テーブル４は、図１に示すように、射出成形機２に対してＺ軸－側に配置されており、射出成形機２の射出口１８ａから射出される溶融樹脂を積層してワークを成形するための成形台である。この射出口１８ａから射出（吐出）される溶融樹脂は、樹脂ビード（射出口１８ａから吐出された溶融樹脂が糸のように固まったもの）と呼ばれる。ここで、テーブル４は、例えば、加熱可能な構成とされているとよい。移動装置５は、ワークを成形するために射出成形機２及びテーブル４を移動させる。移動装置５は、例えば、図１及び図２に示すように、ガントリー装置５１、昇降装置５２及び第３の制御部５３を備えている。
ガントリー装置５１は、射出成形機２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる。ガントリー装置５１としては、一般的なガントリー装置を用いることができ、例えば、図３７に示すように、Ｘ軸方向に延在するスライドレール５１ａとＹ軸方向に延在するスライドレール５１ｂとを組み合わせて構成することができる。なお、ガントリー装置５１として、射出成形機２をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動させるものを用いてもよい。
昇降装置５２は、テーブル４をＺ軸方向に昇降させる。昇降装置５２としては、例えば、一般的な昇降装置を用いることができ、ボールネジで構成することができる。第３の制御部５３は、射出成形機２から射出される溶融樹脂を積層して所望のワークを成形するためにガントリー装置５１及び昇降装置５２を制御する。
加熱装置６は、図１乃至図３に示すように、第１の加熱部６１、第２の加熱部６２、温度検出部６３及び第４の制御部６４を備えている。第１の加熱部６１は、可塑化された溶融樹脂を保温する。
第１の加熱部６１は、例えば、第１のシリンダ１１及び第２のシリンダ１２のＺ軸－側の部分を囲むシートヒータで構成することができる。但し、第１の加熱部６１は、可塑化された溶融樹脂を保温できればよく、第１の加熱部６１の構成及び配置は限定されない。
第２の加熱部６２は、溶融樹脂の温度を所望の温度に加熱する。第２の加熱部６２は、例えば、図３及び図６に示すように、シートヒータ６２ａ及び伝熱部材６２ｂを備えている。シートヒータ６２ａは、Ｚ軸方向から見て、射出部１８の射出口１８ａを中心に略等しい間隔で配置されている。伝熱部材６２ｂは、伝熱部材６２ｂの略中央に貫通孔が形成された円板状であり、セラミックプレートで構成されている。
伝熱部材６２ｂは、第１のプレート１８ｅと第２のプレート１８ｆとの間に配置されている。このとき、シートヒータ６２ａは、伝熱部材６２ｂと第１のプレート１８ｅとの間、又は伝熱部材６２ｂと第２のプレート１８ｆとの間に配置される。これにより、シートヒータ６２ａの熱を第１のプレート１８ｅ又は第２のプレート１８ｆに良好に伝達することができる。
ここで、第１のプレート１８ｅ及び第２のプレート１８ｆが、上述のようにセラミックプレートで構成されている場合、セラミックプレートは金属に比べて熱容量が小さいため、第２の加熱部６２の熱を効率良く溶融樹脂に伝えることができる。また、第２の加熱部６２が損傷した場合、リテーリングナット１８ｄを緩めると第２の加熱部６２を簡単に交換することができる。
温度検出部６３は、溶融樹脂の温度を検出する。温度検出部６３は、例えば、射出部１８に設けられている。このとき、温度検出部６３は、セラミックプレートで構成されている側の第１のプレート１８ｅ又は第２のプレート１８ｆに設けられるとよい。これにより、溶融樹脂の温度を精度良く検出することができる。
第４の制御部６４は、温度検出部６３の検出結果に基づいて、溶融樹脂の温度が予め設定された範囲内になるように第１の加熱部６１及び第２の加熱部６２を制御する。なお、第１のシリンダ１１及び第２のシリンダ１２が溶融樹脂Ｒを保温できる構成とされている場合、加熱装置６を省略してもよい。
制御装置７は、図２に示すように、第１の制御部１９、第２の制御部３４、第３の制御部５３及び第４の制御部６４を備えており、ワークを成形するために、第１の制御部１９、第２の制御部３４、第３の制御部５３及び第４の制御部６４を制御する。
次に、本実施の形態の射出成形装置１において、第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１又は第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３に供給した樹脂原料Ｍを可塑化しつつ、第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２、又は第２のシリンダ１２における第２のピストンユニット１５に対してＺ軸－側の第２の空間Ｓ４に溶融樹脂を流入させる際に、第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２又は第２のシリンダ１２の第２の空間Ｓ４への気体の流入を抑制するための好ましい条件を説明する。
先ず、第１のピストンユニット１４の加圧ピストン１４ｄにおけるＸＹ断面での外周縁で囲まれた領域の面積は、ロッド１６ｄにおけるＸＹ断面での外周縁で囲まれた領域の面積以上であるとよい。同様に、第２のピストンユニット１５の加圧ピストン１５ｄにおけるＸＹ断面での外周縁で囲まれた領域の面積は、ロッド１７ｄにおけるＸＹ断面での外周縁で囲まれた領域の面積以上であるとよい。
そして、溶融樹脂を射出するためにトーピードピストン１４ａが最もＺ軸＋側に配置され、第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２に加圧ピストン１４ｄが配置された状態での当該第２の空間Ｓ２の容積は、樹脂原料Ｍを可塑化するためにトーピードピストン１４ａが最もＺ軸－側に配置され、第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１にロッド１６ｄが配置された状態での当該第１の空間Ｓ１の容積以下であるとよい。
同様に、溶融樹脂を射出するためにトーピードピストン１５ａが最もＺ軸＋側に配置され、第２のシリンダ１２の第２の空間Ｓ４に加圧ピストン１５ｄが配置された状態での当該第２の空間Ｓ４の容積は、樹脂原料Ｍを可塑化するためにトーピードピストン１５ａが最もＺ軸－側に配置され、第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３にロッド１７ｄが配置された状態での当該第１の空間Ｓ３の容積以下であるとよい。
好ましくは、更に以下の＜式１＞乃至＜式３＞を満たすとよい。
＜式１＞ （π×（Ｄｃ２－Ｄｒ２）×Ｌｒ×γ）／４≧（π×（Ｄｃ２－Ｄｐ２）×Ｌｒ）／４
＜式２＞ π×Ｌｒ×｛（Ｄｃ２－Ｄｒ２）×γ－（Ｄｃ２－Ｄｐ２）｝／４≦π×Ｄｐ２×Ｌｐ／４
＜式３＞ （Ｄｃ２－Ｄｐ２）／（Ｄｃ２－Ｄｒ２）≦γ≦Ｄｐ２／（Ｄｃ２－Ｄｒ２）×Ｌｐ／Ｌｒ＋（Ｄｃ２－Ｄｐ２）／（Ｄｃ２－Ｄｒ２）
ここで、Ｄｃは第１のシリンダ１１及び第２のシリンダ１２の内径、Ｄｐは加圧ピストン１４ｄ、１５ｄの外径、Ｄｒはロッド１６ｄ、１７ｄの外径、Ｌｐは加圧ピストン１４ｄ、１５ｄの最大ストローク量（最大移動量）、Ｌｒはトーピードピストン１４ａ、１５ａの最大ストローク量（最大移動量）、γは樹脂原料Ｍの充填率である。
＜式１＞に示すように、第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１又は第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３に供給された樹脂原料Ｍの容積が、樹脂原料Ｍを可塑化する際の第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２又は第２のシリンダ１２の第２の空間Ｓ４の容積の増加量以上であるとよい。
ここで、樹脂原料Ｍの容積は、溶融樹脂の容積と略等しい。そのため、第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２又は第２のシリンダ１２の第２の空間Ｓ４に流入する溶融樹脂の容積が、溶融樹脂が流入する際の第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２又は第２のシリンダ１２の第２の空間Ｓ４の容積の増加量以上であるとよい、と言い換えることができる。
＜式２＞に示すように、溶融樹脂の容積から第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２又は第２のシリンダ１２の第２の空間Ｓ４の容積の増加量を差し引いた差分に対して、加圧ピストン１４ｄ、１５ｄが最もＺ軸－側に配置された状態からＺ軸＋側に移動することで、第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２又は第２のシリンダ１２の第２の空間Ｓ４の容積が増加し得る量以上であるとよい。
これにより、＜式１＞による、溶融樹脂の容積から第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２又は第２のシリンダ１２の第２の空間Ｓ４の容積の増加量を差し引いた分の溶融樹脂を、加圧ピストン１４ｄ、１５ｄがＺ軸＋側に移動することで吸収することができる。
＜式３＞は、＜式１＞及び＜式２＞を樹脂原料Ｍの充填率について解いたものであり、樹脂原料Ｍの種類などが異なる場合でも＜式３＞を満たすことで、第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２又は第２のシリンダ１２の第２の空間Ｓ４への気体の流入を抑制することができる。
次に、本実施の形態の射出成形装置１を用いてワークを成形する流れを説明する。図９乃至図１３は、本実施の形態の射出成形装置の動作を示す図である。図９乃至図１３では、上段に射出成形機２の動作を示し、下段に第１のシリンダ１１及び第２のシリンダ１２での樹脂原料Ｍの可塑化及び溶融樹脂Ｒの射出などのタイミングを示している。
ここで、図９（ａ）の状態では、供給装置３の第１のホッパ３２ａからの第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１への樹脂原料Ｍの供給が完了している状態で、第１のピストンユニット１４がＺ軸－側に移動して第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２に流入した溶融樹脂Ｒを射出している。
一方、第２のピストンユニット１５がＺ軸－側に移動し、第２のシリンダ１２の第２の空間Ｓ４から溶融樹脂Ｒの射出を開始している。このとき、第２のピストンユニット１５の加圧ピストン１５ｄは、最もＺ軸＋側に配置されているものとする。また、排気部３１の排気弁３１ｃは閉鎖されているものとする。
このような状態から、第１の制御部１９は、モータ１６ａを制御して第１のピストンユニット１４のＺ軸－側の移動を継続させて溶融樹脂Ｒの射出を継続させつつ、モータ１７ａを制御して第２のピストンユニット１５のＺ軸－側の移動を継続させて溶融樹脂Ｒの射出を継続させる。
次に、第１の制御部１９は、エンコーダ１６ｆの検出結果を参照して、第１のピストンユニット１４が最もＺ軸－側（下死点）に到達したことを確認すると、図９（ｂ）→図９（ｃ）→図１０（ａ）に示すように、モータ１６ａを制御し、第１のピストンユニット１４のＺ軸＋側への移動を開始させる。
このように第２のシリンダ１２からの溶融樹脂Ｒの射出が開始されてから第１のシリンダ１１からの溶融樹脂Ｒの射出が停止されるまでの期間は、第１のシリンダ１１及び第２のシリンダ１２から溶融樹脂Ｒが射出されることになる。
そのため、第２のシリンダ１２から溶融樹脂Ｒが射出される期間を、第１のシリンダ１１から溶融樹脂Ｒが射出される期間と予め設定された第１の期間重複させることができる。よって、第１のシリンダ１１及び第２のシリンダ１２から連続的に溶融樹脂Ｒを射出することができる。
ここで、予め設定された第１の期間は、各々のピストンユニット１４、１５の移動速度に応じて、適宜、設定することができる。そして、射出部１８から射出される溶融樹脂Ｒの射出量が目標射出量になるように、第１の制御部１９がモータ１６ａ、１７ａを制御して、各々のピストンユニット１４、１５の移動速度を調整すると、所望のワークを精度良く成形することができる。
第１のピストンユニット１４のＺ軸＋側への移動を開始すると、樹脂原料Ｍが第１のピストンユニット１４と、第１のシリンダ１１の閉塞部１１ａと、第１のシリンダ１１の側壁部１１ｂと、で圧縮され、樹脂原料Ｍが第１のピストンユニット１４のトーピードピストン１４ａの溝部１４ｆを通過しつつ可塑化して溶融樹脂Ｒとなり、第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２に流入する。
このとき、供給孔１１ｄが第１のシリンダ１１の側壁部１１ｂに形成されており、樹脂原料Ｍが供給孔１１ｄから漏れ出し難い。しかも、第１のピストンユニット１４で樹脂原料Ｍを可塑化する際に作用するＺ軸＋側の力を第１のシリンダ１１の閉塞部１１ａで受けることができる。
また、第１のピストンユニット１４のトーピードピストン１４ａのＺ軸＋側の面がトーピードピストン１４ａの中央から周縁部に向かうのに従ってＺ軸－側に向かって傾斜する傾斜面に形成されている場合、第１のピストンユニット１４がＺ軸＋側に移動する際に、樹脂原料Ｍを第１のピストンユニット１４のトーピードピストン１４ａの溝部１４ｆに良好に誘導することができる。
そして、第１のピストンユニット１４がＺ軸＋側に移動する際に、第１のピストンユニット１４の逆止リング１４ｂがＺ軸－側に押され、トーピードピストン１４ａと逆止リング１４ｂとの隙間を介して当該逆止リング１４ｂの貫通孔から溶融樹脂Ｒを第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２に良好に流入させることができる。
このように第１のピストンユニット１４がＺ軸＋側に移動する場合、加圧ピストン１４ｄのＺ軸－側の端部が端部プレート１３に接触した状態を維持するように、付勢手段１４ｅの付勢力によって加圧ピストン１４ｄがトーピードピストン１４ａに対してＺ軸－側に突出する。
そして、本実施の形態では、加圧ピストン１４ｄのＸＹ断面での外周縁で囲まれた領域の面積がロッド１６ｄのＸＹ断面での外周縁で囲まれた領域の面積以上であり、且つ、溶融樹脂Ｒを射出するためにトーピードピストン１４ａが最もＺ軸＋側に配置され、第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２に加圧ピストン１４ｄが配置された状態での当該第２の空間Ｓ２の容積は、樹脂原料Ｍを可塑化するためにトーピードピストン１４ａが最もＺ軸－側に配置され、第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１にロッド１６ｄが配置された状態での当該第１の空間Ｓ１の容積以下である。
そのため、トーピードピストン１４ａがＺ軸＋側に移動する際の第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２の容積の増加量が、第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１の容積の減少量以下になるように、付勢手段１４ｅによって加圧ピストン１４ｄが付勢されており、第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２に溶融樹脂Ｒが流入する際の気体の流入を抑制することができる。
一方、第１の制御部１９は、エンコーダ１７ｆの検出結果を参照しつつモータ１７ａを制御し、第２のピストンユニット１５のＺ軸－側への移動を継続させる。これにより、溶融樹脂Ｒが端部プレート１３のＹ軸＋側の逆止弁１３ｂをＺ軸－側に押し込みつつＹ軸＋側の貫通孔１３ｃ、射出部１８の第２の分岐路１８ｃ及び射出口１８ａを介して射出される。このとき、Ｙ軸－側の逆止弁１３ｂは、第２のシリンダ１２から射出される溶融樹脂Ｒの圧力により、Ｚ軸＋側への溶融樹脂Ｒの流れを遮断する。
そして、第２のピストンユニット１５がＺ軸－側に移動する際に、第２のピストンユニット１５の逆止リング１５ｂがＺ軸＋側に押され、逆止リング１５ｂによってトーピードピストン１５ａの溝部１５ｆが塞がれるので、トーピードピストン１５ａの溝部１５ｆを介して溶融樹脂Ｒが第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３に逆流することを抑制することができる。
次に、第１の制御部１９は、エンコーダ１６ｆを参照して、第１のピストンユニット１４が最もＺ軸＋側に到達したことを確認すると、図１０（ｂ）に示すように、モータ１６ａを制御して第１のピストンユニット１４のＺ軸－側への移動を開始させる。一方、第１の制御部１９は、エンコーダ１７ｆを参照しつつモータ１７ａを制御し、第２のピストンユニット１５のＺ軸－側への移動を継続させる。
このとき、第１のピストンユニット１４の加圧ピストン１４ｄは、トーピードピストン１４ａからＺ軸－側に最も突出した状態であり、第１のピストンユニット１４がＺ軸－側に移動するのに伴って、第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２内の溶融樹脂Ｒの圧力が上昇する。
そして、第１のシリンダ１１の第２の空間Ｓ２の溶融樹脂Ｒが加圧ピストン１４ｄの侵入部１４ｊに侵入することで、溶融樹脂Ｒの圧力による力が付勢手段１４ｅの付勢力を上回るようになり、図１０（ｃ）→図１１（ａ）→図１１（ｂ）に示すように、加圧ピストン１４ｄがＺ軸－側に押し込まれる。この時、トーピードピストン１４ａと加圧ピストン１４ｄとで囲まれた空間内の気体は、当該空間の容積が減少した分、排気路３１ａからケース１６ｅ内に排気される。
一方、第１の制御部１９がエンコーダ１７ｆを参照して、第２のピストンユニット１５がＺ軸方向の予め設定された位置に到達したことを確認すると、第２の制御部３４は、排気部３１の排気弁３１ｃを制御し、排気弁３１ｃを開放させる。
これにより、第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３の気体がロッド１７ｄの排気路３１ａを通って、ケース１６ｅの内部に侵入し、排気孔３１ｂ及び排気弁３１ｃを介して排出される。その結果、第２のホッパ３２ｂから第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３に流入する気体の流れが生じ、図１０（ｃ）→図１１（ａ）→図１１（ｂ）に示すように、第２のホッパ３２ｂから樹脂原料Ｍが気体に押され、第２のシリンダ１２の供給孔１２ｄを介して当該第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３に供給される。
このとき、供給孔１２ｄは、第２のシリンダ１２の側壁部１２ｂに形成されているので、樹脂原料Ｍが気体と共に渦を巻きながら、Ｚ軸－側に落下する。そのため、樹脂原料Ｍを第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３内に略均一に供給することができる。
次に、加圧ピストン１４ｄが最もＺ軸＋側に到達（例えば、加圧ピストン１４ｄのＺ軸＋側の端部がトーピードピストン１４ａのＺ軸＋側の端部に接触）し、第１のピストンユニット１４のＺ軸－側の端部で溶融樹脂ＲをＺ軸－側に押し込む圧力が予め設定された圧力に到達すると、端部プレート１３のＹ軸－側の逆止弁１３ｂが開放する。
これにより、溶融樹脂Ｒが端部プレート１３のＹ軸－側の逆止弁１３ｂをＺ軸－側に押し込みつつＹ軸－側の貫通孔１３ｃ、射出部１８の第１の分岐路１８ｂ及び射出口１８ａを介して射出される。
このとき、第１のピストンユニット１４がＺ軸－側に移動する際に、第１のピストンユニット１４の逆止リング１４ｂがＺ軸＋側に押され、逆止リング１４ｂによってトーピードピストン１４ａの溝部１４ｆが塞がれるので、トーピードピストン１４ａの溝部１４ｆを介して溶融樹脂Ｒが第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１に逆流することを抑制することができる。
一方、第１の制御部１９がエンコーダ１７ｆを参照して、第２のピストンユニット１５が最もＺ軸－側近傍に到達したことを確認すると、第２の制御部３４は、排気部３１の排気弁３１ｃを制御して閉鎖する。このとき、第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３に樹脂原料Ｍが満たされた状態となる。
つまり、排気部３１の排気弁３１ｃを開放するだけで、自動的に樹脂原料Ｍを第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３に供給することができる。このとき、第２のピストンユニット１５が予め設定されたＺ軸方向の位置に到達してから最もＺ軸－側近傍に到達するまでの間で第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３に樹脂原料Ｍが供給されるので、第２のシリンダ１２に定量的に樹脂原料Ｍを供給することができる。
そして、第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３に樹脂原料Ｍが供給される期間と、第２のシリンダ１２から溶融樹脂Ｒが射出される期間と、を予め設定された第２の期間重複させることができる。
そのため、第２のシリンダ１２からの溶融樹脂Ｒの射出と、第２のシリンダ１２への樹脂原料Ｍの供給と、を効率良く繰り返すことができる。ここで、予め設定された第２の期間は、第２のピストンユニット１５の移動速度や排気部３１の排気弁３１ｃを開放するタイミングなどに応じて、適宜、設定することができる。
次に、第１の制御部１９は、エンコーダ１７ｆを参照して、第２のピストンユニット１５が最もＺ軸－側（下死点）に到達したことを確認すると、モータ１７ａを制御し、図１１（ｃ）→図１２（ａ）→図１２（ｂ）に示すように、第２のピストンユニット１５のＺ軸＋側の移動を開始させる。このとき、Ｙ軸＋側の逆止弁１３ｂは、第１のシリンダ１１から射出される溶融樹脂Ｒの圧力により、Ｚ軸＋側への溶融樹脂Ｒの流れを遮断する。
これにより、樹脂原料Ｍが第２のピストンユニット１５と、第２のシリンダ１２の閉塞部１２ａと、第２のシリンダ１２の側壁部１２ｂと、で圧縮され、樹脂原料Ｍが第２のピストンユニット１５のトーピードピストン１５ａの溝部１５ｆを通過しつつ可塑化して溶融樹脂Ｒとなり、第２のシリンダ１２の第２の空間Ｓ４に流入する。
このとき、供給孔１２ｄが第２のシリンダ１２の側壁部１２ｂに形成されており、樹脂原料Ｍが供給孔１２ｄから漏れ出し難い。しかも、第２のピストンユニット１５で樹脂原料Ｍを可塑化する際に作用するＺ軸＋側の力を第２のシリンダ１２の閉塞部１２ａで受けることができる。
また、第２のピストンユニット１５のトーピードピストン１５ａのＺ軸＋側の面がトーピードピストン１５ａの中央から周縁部に向かうのに従ってＺ軸－側に向かって傾斜する傾斜面に形成されている場合、第２のピストンユニット１５がＺ軸＋側に移動する際に、樹脂原料Ｍを第２のピストンユニット１５のトーピードピストン１５ａの溝部１５ｆに良好に誘導することができる。
そして、第２のピストンユニット１５がＺ軸＋側に移動する際に、第２のピストンユニット１５の逆止リング１５ｂがＺ軸－側に押され、トーピードピストン１５ａと逆止リング１５ｂとの隙間を介して当該逆止リング１５ｂの貫通孔から溶融樹脂Ｒを第２のシリンダ１２の第２の空間Ｓ４に良好に流入させることができる。
このように第２のピストンユニット１５がＺ軸＋側に移動する場合、加圧ピストン１５ｄのＺ軸－側の端部が端部プレート１３に接触した状態を維持するように、付勢手段１５ｅの付勢力によって加圧ピストン１５ｄがトーピードピストン１５ａに対してＺ軸－側に突出する。
そして、本実施の形態では、加圧ピストン１５ｄのＸＹ断面での外周縁で囲まれた領域の面積がロッド１７ｄのＸＹ断面での外周縁で囲まれた領域の面積以上であり、且つ、溶融樹脂Ｒを射出するためにトーピードピストン１５ａが最もＺ軸＋側に配置され、第２のシリンダ１２の第２の空間Ｓ４に加圧ピストン１５ｄが配置された状態での当該第２の空間Ｓ４の容積は、樹脂原料Ｍを可塑化するためにトーピードピストン１５ａが最もＺ軸－側に配置され、第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３にロッド１７ｄが配置された状態での当該第１の空間Ｓ３の容積以下である。
そのため、トーピードピストン１５ａがＺ軸＋側に移動する際に、第２のシリンダ１２の第２の空間Ｓ４の容積の増加量が、第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３の容積の減少量以下になるように、付勢手段１５ｅによって加圧ピストン１５ｄが付勢されており、第２のシリンダ１２の第２の空間Ｓ４に溶融樹脂Ｒが流入する際の気体の流入を抑制することができる。
一方、第１の制御部１９は、エンコーダ１６ｆの検出結果を参照しつつモータ１６ａを制御し、第１のピストンユニット１４のＺ軸－側への移動を継続させる。これにより、第１のシリンダ１１からの溶融樹脂Ｒの射出が開始されてから第２のシリンダ１２からの溶融樹脂Ｒの射出が停止されるまでの期間は、第１のシリンダ１１及び第２のシリンダ１２から溶融樹脂Ｒが射出されることになる。
そのため、第１のシリンダ１１から溶融樹脂Ｒが射出される期間を、第２のシリンダ１２から溶融樹脂Ｒが射出される期間と予め設定された第１の期間重複させることができる。よって、第１のシリンダ１１及び第２のシリンダ１２から連続的に溶融樹脂Ｒを射出することができる。
そして、射出部１８から射出される溶融樹脂Ｒの射出量が目標射出量になるように、第１の制御部１９はモータ１６ａ、１７ａを制御して、各々のピストンユニット１４、１５の移動速度を調整すると、所望のワークを精度良く成形することができる。
次に、図１２（ｃ）に示すように、第１の制御部１９は、エンコーダ１７ｆを参照して、第２のピストンユニット１５が最もＺ軸＋側に到達したことを確認すると、モータ１７ａを制御して第２のピストンユニット１５のＺ軸－側への移動を開始させる。一方、第１の制御部１９は、エンコーダ１６ｆを参照しつつモータ１６ａを制御し、第１のピストンユニット１４のＺ軸－側への移動を継続させる。
このとき、第２のピストンユニット１５の加圧ピストン１５ｄは、トーピードピストン１５ａからＺ軸－側に最も突出した状態であり、第２のピストンユニット１５がＺ軸－側に移動するのに伴って、第２のシリンダ１２の第２の空間Ｓ４内の溶融樹脂Ｒの圧力が上昇する。
そして、第２のシリンダ１２の第２の空間Ｓ４の溶融樹脂Ｒが加圧ピストン１５ｄの侵入部１５ｊに侵入することで、溶融樹脂Ｒの圧力による力が付勢手段１５ｅの付勢力を上回るようになり、図１３（ａ）に示すように、加圧ピストン１５ｄがＺ軸－側に押し込まれる。この時、トーピードピストン１５ａと加圧ピストン１５ｄとで囲まれた空間内の気体は、当該空間の容積が減少した分、排気路３１ａからケース１６ｅ内に排気される。
一方、第１の制御部１９がエンコーダ１６ｆを参照して、第１のピストンユニット１４がＺ軸方向の予め設定された位置に到達したことを確認すると、第２の制御部３４は、排気部３１の排気弁３１ｃを制御し、排気弁３１ｃを開放させる。
これにより、第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１の気体がロッド１６ｄの排気路３１ａを通って、ケース１６ｅの内部に侵入し、排気孔３１ｂ及び排気弁３１ｃを介して排出される。その結果、第１のホッパ３２ａから第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１に流入する気体の流れが生じ、第１のホッパ３２ａから樹脂原料Ｍが気体に押され、第１のシリンダ１１の供給孔１１ｄを介して当該第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１に供給される。
このとき、供給孔１１ｄは、第１のシリンダ１１の側壁部１１ｂに形成されているので、樹脂原料Ｍが気体と共に渦を巻きながら、Ｚ軸－側に落下する。そのため、樹脂原料Ｍを第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１内に略均一に供給することができる。
次に、図１３（ｂ）に示すように、第１の制御部１９がエンコーダ１６ｆを参照して、第１のピストンユニット１４が最もＺ軸－側近傍に到達したことを確認すると、第２の制御部３４は、排気部３１の排気弁３１ｃを制御して閉鎖する。このとき、第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１に樹脂原料Ｍが満たされた状態となる。
つまり、排気部３１の排気弁３１ｃを開放するだけで、自動的に樹脂原料Ｍを第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１に供給することができる。このとき、第１のピストンユニット１４が予め設定されたＺ軸方向の位置に到達してから最もＺ軸－側近傍に到達するまでの間で第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１に樹脂原料Ｍが供給されるので、第１のシリンダ１１に定量的に樹脂原料Ｍを供給することができる。
そして、第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１に樹脂原料Ｍを供給される期間と、第１のシリンダ１１から溶融樹脂Ｒを射出される期間と、を予め設定された第２の期間重複させることができる。
そのため、第１のシリンダ１１からの溶融樹脂Ｒの射出と、第１のシリンダ１１への樹脂原料Ｍの供給と、を効率良く繰り返すことができる。ここで、予め設定された第２の期間は、第１のピストンユニット１４の移動速度や排気部３１の排気弁３１ｃを開放するタイミングなどに応じて、適宜、設定することができる。
次に、第１の制御部１９は、モータ１６ａを制御して第１のピストンユニット１４のＺ軸－側への移動を継続させると共に、モータ１７ａを制御して第２のピストンユニット１５のＺ軸－側への移動を継続させる。
そして、図１３（ｃ）に示すように、図９（ａ）の状態に移行して、加圧ピストン１５ｄが最もＺ軸＋側に到達（例えば、加圧ピストン１５ｄのＺ軸＋側の端部がトーピードピストン１５ａのＺ軸＋側の端部に接触）し、第２のピストンユニット１５のＺ軸－側の端部で溶融樹脂ＲをＺ軸－側に押し込む圧力が予め設定された圧力に到達すると、端部プレート１３のＹ軸＋側の逆止弁１３ｂが開放する。
これにより、溶融樹脂Ｒが端部プレート１３のＹ軸＋側の逆止弁１３ｂをＺ軸－側に押し込みつつＹ軸＋側の貫通孔１３ｃ、射出部１８の第２の分岐路１８ｃ及び射出口１８ａを介して射出される。
このように第１の制御部１９がモータ１６ａ、１７ａを制御して第１のシリンダ１１及び第２のシリンダ１２から連続的に溶融樹脂Ｒを射出しつつ、射出される溶融樹脂Ｒによってテーブル４のＺ軸＋側の面で所望のワークが積層造形されるように、第３の制御部５３がガントリー装置５１及び昇降装置５２を制御すると、ワークを成形することができる。
このとき、第４の制御部６４は、温度検出部６３の検出結果に基づいて、射出される溶融樹脂Ｒの温度が予め設定された範囲内になるように、第１の加熱部６１及び第２の加熱部６２を制御する。これにより、溶融樹脂Ｒを安定した状態で射出することができる。
本実施の形態の射出成形装置１、射出成形機２及び射出成形方法は、トーピードピストン１４ａ、１５ａに対する第１、第２のシリンダ１１、１２の第２の空間Ｓ２、Ｓ４への突出量が変化するように、Ｚ軸方向に摺動可能な加圧ピストン１４ｄ、１５ｄ、及び加圧ピストン１４ｄ、１５ｄをトーピードピストン１４ａ、１５ａに対してＺ軸－側に付勢する付勢手段１４ｅ、１５ｅを備えている。
そのため、第１、第２のシリンダ１１、１２の第２の空間Ｓ２、Ｓ４に溶融樹脂Ｒが流入する際の当該第２の空間Ｓ２、Ｓ４の容積を小さくすることができ、溶融樹脂Ｒを第２の空間Ｓ２、Ｓ４に流入させる際の当該第２の空間Ｓ２、Ｓ４への気体の流入を抑制することができる。そのため、本実施の形態の射出成形装置１、射出成形機２及び射出成形方法は、溶融樹脂Ｒを射出する際の当該溶融樹脂Ｒへの気体の混入を抑制することができ、ワークの品質の向上に寄与することができる。
特に、本実施の形態の射出成形装置１、射出成形機２及び射出成形方法は、トーピードピストン１４ａ、１５ａがＺ軸＋側に移動する際の第１、第２のシリンダ１１、１２の第２の空間Ｓ２、Ｓ４の容積の増加量が、第１、第２のシリンダ１１、１２の第１の空間Ｓ１、Ｓ３の容積の減少量以下になるように、付勢手段１４ｅ、１５ｅが加圧ピストン１４ｄ、１５ｄを付勢するので、第１、第２のシリンダ１１、１２の第２の空間Ｓ２、Ｓ４に溶融樹脂Ｒが流入する際の気体の流入を抑制することができる。
しかも、本実施の形態の射出成形装置１、射出成形機２及び射出成形方法は、第１のシリンダ１１から溶融樹脂Ｒが射出される期間と、第２のシリンダ１２から溶融樹脂Ｒが射出される期間と、の一部を重複させる。これにより、第１のシリンダ１１及び第２のシリンダ１２から溶融樹脂Ｒを連続的に射出することができる。
また、本実施の形態の射出成形装置１、射出成形機２及び射出成形方法は、排気部３１の排気弁３１ｃを制御するだけで、自動的に樹脂原料Ｍを第１、第２のシリンダ１１、１２に供給することができる。つまり、本実施の形態の供給装置３は、樹脂原料Ｍの自動供給装置として機能させることができる。そのため、簡単な構成で樹脂原料Ｍを供給することができる。
また、第１のピストンユニット１４又は第２のピストンユニット１５が予め設定されたＺ軸方向の位置に到達してから最もＺ軸－側近傍に到達するまで第１のシリンダ１１又は第２のシリンダ１２に樹脂原料Ｍを供給するので、樹脂原料Ｍを第１のシリンダ１１及び第２のシリンダ１２に定量的に供給することができる。そのため、樹脂原料Ｍの計量器を省略することができる。
なお、予め設置されたＺ軸方向の位置は、第１のピストンユニット１４又は第２のピストンユニット１５が最もＺ軸－側近傍に到達するまでに、第１のシリンダ１１の第１の空間Ｓ１又は第２のシリンダ１２の第１の空間Ｓ３が樹脂原料Ｍで満たされるように設定されればよい。
ここで、第１のシリンダ１１のＺ軸－側の端部は開放しているので、第１のピストンユニット１４や第１の駆動部１６のロッド１６ｄを第１のシリンダ１１のＺ軸－側の開放口から挿入することができる。同様に、第２のシリンダ１２のＺ軸－側の端部は開放しているので、第２のピストンユニット１５や第２の駆動部１７のロッド１７ｄを第２のシリンダ１２のＺ軸－側の開放口から挿入することができる。そのため、特許文献１の射出成形装置が有するようなプランジャを省略することができる。
ちなみに、射出成形機２は、図３に示すように、第１の駆動部１６のケース１６ｅと、第１のシリンダ１１及び第２のシリンダ１２と、の間に冷却部８を備えているとよい。冷却部８は、例えば、環形状を基本形態としており、冷却部８をＺ軸方向に貫通するようにロッド１６ｄ又は１７ｄが通される貫通孔８ａが形成されている。そして、冷却部８には、貫通孔８ａを囲むように冷却媒体が流れる冷却路８ｂが形成されている。
このような構成により、射出成形装置１でワークを成形する際に、冷却部８の冷却路８ｂに冷却媒体を流すと、第１のシリンダ１１及び第２のシリンダ１２からの熱が第１の駆動部１６の軸受け１６ｇや第２の駆動部１７の軸受け１７ｇに伝わり難い。そのため、軸受け１６ｇ、１７ｇの温度変化を抑制することができ、軸受け１６ｇ、１７ｇの動作不良を抑制することができる。その結果、ワークを精度良く成形することができる。
＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２の射出成形機２Ａの構成を説明する。
図１４は、実施の形態２の射出成形機２Ａの構成図である。
実施の形態２の射出成形機２Ａの構成は、上記実施の形態１の射出成形機２の構成と同様であるが、以下の点が相違する。
図１４に示すように、実施の形態２の射出成形機２Ａには、第１の圧力検出部６５及び第２の圧力検出部６６が追加されている。第１の圧力検出部６５は、第１のシリンダ１１内に収容（貯留）された溶融樹脂に加えられる圧力を検出する圧力検出センサで、例えば、ひずみゲージである。ひずみゲージは、第１のシリンダ１１内に収容（貯留）された溶融樹脂に加えられる圧力による第１のシリンダ１１外壁のひずみより圧力を検出する。第１の圧力検出部６５は、例えば、第１のシリンダ１１の外周面のうち溶融樹脂が収容される部分に対応する箇所に取り付け（例えば、貼り付け）られている。第２の圧力検出部６６は、第２のシリンダ１２内に収容（貯留）された溶融樹脂に加えられる圧力を検出する圧力検出センサで、例えば、ひずみゲージである。ひずみゲージは、第２のシリンダ１２内に収容（貯留）された溶融樹脂に加えられる圧力による第２のシリンダ１２外壁のひずみより圧力を検出する。第２の圧力検出部６６は、例えば、第２のシリンダ１２の外周面のうち溶融樹脂が収容される部分に対応する箇所に取り付け（例えば、貼り付け）られている。
また、実施の形態２では、エンコーダ１６ｆ、１７ｆに代えて、ポテンシオメータを用いる。以下、ポテンシオメータ１６ｆ、１７ｆと呼ぶ。ポテンシオメータ１６ｆは、モータ１６ａ（サーボモータ）の位置検出手段である。ポテンシオメータ１６ｆの位置検出値により、第１のトーピード１４の位置を検出することができる。同様に、ポテンシオメータ１７ｆは、モータ１７ａ（サーボモータ）の位置検出手段である。ポテンシオメータ１７ｆの位置検出値により、第２のトーピード１５の位置を検出することができる。また、シートヒータ６２ａに代えて、セラミックヒータを用いる。以下、セラミックヒータ６２ａと呼ぶ。
また、実施の形態２では、温度検出部６３（第１のシリンダ１１、第２のシリンダ１２が収容する溶融樹脂の温度を検出する手段）として、熱電対を用いる。
次に、実施の形態２の制御装置７Ａについて説明する。
図１５は、実施の形態２の制御装置７Ａの構成図である。
図１５に示すように、制御装置７Ａは、記憶部２０、制御部３０Ａ、メモリ４０を備えている。
記憶部２０は、例えば、ハードディスク装置やＲＯＭ等の不揮発性の記憶部である。記憶部２０には、ｋデータテーブル２１、ｎデータテーブル２２、Ｋデータテーブル２３が記憶されている。また、記憶部２０には、吐出ノズルの寸法２４（例えば、ノズル径、ノズル長）が記憶されている。また、記憶部２０には、制御部３０Ａが実行する所定プログラム（図示せず）が記憶されている。
ｋデータテーブル２１には、樹脂の種類及び温度ごとの擬塑性粘度ｋが予め記憶されている。擬塑性粘度ｋについては後述する。ｎデータテーブル２２には、樹脂の種類ごとのべき指数ｎが予め記憶されている。べき指数ｎについては後述する。Ｋデータテーブル２３には、樹脂の種類ごとの体積弾性率Ｋが予め記憶されている。体積弾性率Ｋについては後述する。
制御部３０Ａは、図示しないが、プロセッサを備えている。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。プロセッサは、１つの場合もあるし、複数の場合もある。プロセッサは、記憶部２０からメモリ４０（例えば、ＲＡＭ）に読み込まれた所定プログラムを実行することにより、主に、ターゲット圧力算出部３１Ａ、移動速度算出部３２Ａ、移動速度制御部３３Ａ、修正体積弾性率算出部３４Ａとして機能する。これらの一部又は全部は、ハードウェアで実現してもよい。
制御装置７Ａには、モータ１６ａ、１７ａ、ポテンシオメータ１６ｆ、１７ｆ、温度検出部６３、第１の圧力検出部６５、第２の圧力検出部６６、ＸＹ軸駆動装置５０、Ｚ軸駆動装置６０等が電気的に接続されている。
ＸＹ軸駆動装置５０は、不図示の機構により、射出成形機２Ａ（吐出ノズル１８ａ）をＸＹ軸駆動する。Ｚ軸駆動装置６０は、不図示の機構により、ベースプレート４をＺ軸駆動する。
上記構成の射出成形装置は、ＸＹ軸駆動する射出成形機２Ａ（吐出ノズル１８ａ）から吐出（射出）される溶融樹脂により、Ｚ軸駆動できるベースプレート４上に樹脂ビードを形成し順次積層しながら３次元造形物（積層造形体）を造形する３Ｄプリンタ（本発明の積層造形装置の一例）として機能する。
次に、実施の形態２の射出成形機２Ａの動作の概略について説明する。以下の処理は、制御部３０Ａ（プロセッサ）が記憶部２０からメモリ４０（例えば、ＲＡＭ）に読み込まれた所定プログラムを実行することにより実現される。
吐出ノズル１８ａの樹脂吐出孔直下にベースプレート４を配置し、積層造形体の１層目となる造形軌跡に従い、ＸＹ軸駆動装置５０により吐出ノズル１８ａを移動させる。その際、吐出ノズル１８ａの移動速度が制御装置７Ａに入力され、図２７のフローチャートに従って駆動指令値をモータ１６ａ、１７ａに出力する。
制御装置７Ａは、位置（位置検出値）、圧力（圧力検出値）、温度（温度検出値）と記憶部（データテーブル２１～２３）に記憶されている値（擬塑性粘度、べき指数、体積弾性率、ノズルの寸法）とから図２１のフローチャートに従って、指示流量を得るようにターゲット圧力を算出する。その際、１サイクル目は図２２のフローチャートに従って、指示移動速度を算出し、それに基づいた駆動指令値をモータ１６ａ又は１７ａに出力する。２サイクル目からは図２５のフローチャートに従って、修正体積弾性率K´を算出し、それを用いた指示移動速度を算出し、それに基づいた駆動指令値をモータ１６ａ又は１７ａに出力する。
＜用語の定義＞
「指示流量」とは、吐出ノズル１８ａから吐出する溶融樹脂の流量の目標値（目標流量）で、単位時間あたりにノズル１８ａから吐出する溶融樹脂の流量をいう。指示流量Ｑは、次の式４で表される。
Ｑ＝樹脂ビードの断面積（＝ノズルの断面積）×ノズル移動速度・・・（式４）
図１６（ａ）は、ノズル移動速度と指示流量との関係を表すグラフである（ノズル径が１ｍｍ、シリンダー径が２０ｍｍの場合）。なお、移動速度がゼロに近い領域では、制御最低流量（図１６（ａ）中、7.85）を下回るときは、指示流量はゼロとしてもよい。
図１６（ｂ）は、ノズル移動速度と指示流量との関係を表す他のグラフである（ノズル径が１２ｍｍ、シリンダ径が１００ｍｍの場合）。なお、移動速度がゼロに近い領域では、制御最低流量（図１６（ｂ）中、1,131）を下回るときは、指示流量はゼロとしてもよい。
「べき指数」とは、樹脂ごとに決まる定数をいう。
図１７は、べき指数の一例（代表例）である。べき指数としては、公知のもの（例えば、プラスチック製品設計法本間精一著、日刊工業新聞社2011年のｐ9参照）を用いてもよい。
「擬塑性粘度」とは、樹脂ごとに温度で決まる定数をいう。擬塑性粘度を求める例について説明する。
図１９は、圧力と流量の関係をせん断速度と溶融粘度の関係に変換する具体例（樹脂名：ABS、温度：210℃）である。図２０は、図１９中の「せん断速度」及び「溶融粘度」をプロットしたグラフである。
図１９の実験結果より、測定された圧力と流量の関係をせん断速度と溶融粘度の関係に変換し、図２０に示すように両対数グラフにプロットし、累乗近似式（y＝ｋx(n-1)）に最小２乗法であてはめ、y＝42500x-0.75を得る。これにより、擬塑性粘度ｋ＝42,500が得られる。樹脂名：ABS、温度：210℃以外の樹脂、温度についても、同様にして、擬塑性粘度を求めることができる。
「体積弾性率」とは、溶融樹脂の特性で決まる定数をいう。図１８（ａ）は体積弾性率の算出数値表の一例、図１８（ｂ）は図１８（ａ）をプロットしたグラフである。
「ターゲット圧力」とは、吐出ノズル１８ａから吐出する溶融樹脂の流量を指示流量とするために、シリンダ１１又は１２内に収容（貯留）された溶融樹脂に加える圧力をいう。
「予測流出量」とは、Δｔ（制御時間刻み幅）あたりにノズル１８ａから吐出すると予測される溶融樹脂の流出量をいう。
「指示移動速度」とは、ノズル１８ａから吐出する溶融樹脂の流量を指示流量とするために、第１のピストンユニット１４又は第２のピストンユニット１５を移動させる速度をいう。第１のピストンユニット１４又は第２のピストンユニット１５が本発明のピストンの一例である。以下、第１のピストンユニット１４又は第２のピストンユニット１５のことを、第１のトーピード１４又は第２のトーピード１５とも呼ぶ。
「射出成形機を稼働」とは、樹脂（溶融樹脂）を吐出させることをいう。
＜ターゲット圧力算出部３１Ａの動作例＞
次に、ターゲット圧力算出部３１Ａの動作例について説明する。
ターゲット圧力算出部３１Ａは、指示流量、溶融樹脂の温度、擬塑性粘度、及び吐出ノズル１８ａの寸法に基づいて、「ターゲット圧力」を算出する。
図２１は、ターゲット圧力算出部３１Ａの動作例のフローチャートである。
まず、指示流量Ｑを入力（取得）する（ステップＳ１０）。
次に、指示流量Ｑに対し、せん断速度Ｄを次の式５により算出する（ステップＳ１１）。
D=32Q／（πdn 3）・・・（式５）
但し、ｄｎは、吐出ノズル１８ａの最小断面積の直径相当値（ノズル径）である。πは、円周率である。ノズル径ｄｎは、記憶部から取得することができる。
次に、吐出直前の溶融樹脂の温度Ｔを検出する（ステップＳ１２）。温度Ｔは、温度検出部６３（熱電対）により直接検出された温度（温度検出値）であってもよいし、推定した温度であってもよい。ステップＳ１２は、本発明の温度取得部の一例である。
次に、温度Ｔで決まる擬塑性粘度ｋを算出する（ステップＳ１３）。樹脂（溶融樹脂）の種類及び温度（ステップＳ１２で検出された温度Ｔ）に対応する擬塑性粘度ｋは、ｋデータテーブル２１から取得することができる。なお、樹脂（溶融樹脂）の種類は、例えば、ユーザにより入力される。ステップＳ１３は、本発明の擬塑性粘度取得部の一例である。
次に、溶融粘度ηを次の式６により算出する（ステップＳ１４）。
η＝ｋDn-1・・・（式６）
但し、nは、樹脂（溶融樹脂）の種類に対応するべき指数である。樹脂（溶融樹脂）の種類に対応するべき指数ｎは、ｎデータテーブル２２から取得することができる。なお、樹脂（溶融樹脂）の種類は、例えば、ユーザにより入力される。
次に、せん断応力τを次の式７により算出する（ステップＳ１５）。
τ=ηD・・・（式７）
次に、ターゲット圧力Ptを次の式８により算出し（ステップＳ１６）、出力する（ステップＳ１７）。なお、ターゲット圧力Ptは、吐出ノズル１８ａの外の圧力を大気圧（ゼロ）とした相対圧である。
Pt=τ4Ln/dn・・・（式８）
但し、Lnは、吐出ノズル１８ａ（直径dn）の長さ（ノズル長）である。ノズル長Lnは、記憶部２０から取得することができる。
＜移動速度算出部３２Ａの動作例（トーピード移動速度フィードフォーワード制御）＞
次に、移動速度算出部３２Ａの動作例（トーピード移動速度フィードフォーワード制御）について説明する。
移動速度算出部３２Ａは、「指示移動速度（吐出の１サイクル目）」を算出する。
図２２は、移動速度算出部３２Ａの動作例（トーピード移動速度フィードフォーワード制御）のフローチャートである。
まず、ステップＳ１６で算出されステップＳ１７で出力されたターゲット圧力Ptを入力（取得）する（ステップＳ２０）。
次に、実測圧力Prが検出される（ステップＳ２１）。実測圧力Prとは、第１の圧力検出部６５、第２の圧力検出部６６の検出値（圧力検出値）をいう。
次に、ターゲット圧力Ptになるような加圧量ΔPを次の式９により算出する（ステップＳ２２）。
ΔP=Pt－Pr・・・（式９）
次に、実位置Xrが検出される（ステップＳ２３）。実位置Xrとは、ポテンシオメータ１６ｆ、１７ｆの検出値（位置検出値）をいう。
次に、樹脂（溶融樹脂）の種類に対応する体積弾性率Kを設定する（ステップＳ２４）。例えば、吐出の１サイクル目においては、樹脂（溶融樹脂）の種類に対応する体積弾性率Ｋは、Ｋデータテーブル２３から取得される。なお、樹脂（溶融樹脂）の種類は、例えば、ユーザにより入力される。
次に、第１のトーピード１４（又は第２のトーピード１５）の移動速度のうち加圧分であるVrpを次の式１０により算出する（ステップＳ２５）。なお、次の式１０では、加圧により溶融樹脂が流出（吐出）することは考慮されていない。
Figure 2022154938000002
 但し、ΔP＝K×ΔV／V、ΔV＝Vrp×Δt×S（Sは第１のトーピード１４（又は第２のトーピード１５）の断面積、Δtは制御時間刻み幅）、V＝V0+S×Xr（Vは第１のトーピード１４（又は第２のトーピード１５）がXrにあるときの加圧される容積、V0はデッドボリューム）、S＝π/4×dt（dtは第１のトーピード１４（又は第２のトーピード１５）の直径）である。これら各要素は、図２３のように図示できる。図２３は、式１０の各要素を図示した概略図である。
次に、予測流出量Qpを次の式１１により算出する（ステップＳ２６）。
Qp=πdn 3/32×｛Prdn/（4ｋLn）｝1/n×Δt・・・（式１１）
この式１１は次のようにして導出される。
まず、上記式５を次の式１２に変形する。
Qp=Dπdn 3/32・・・（式１２）
次に、上記式６及び式７を式８に代入すると、次の式１３になる。
Pr=ｋDn4Ln/dn・・・（式１３）
この式１３を次の式１４に変形する。
D=（Prdn/4ｋLn）1/n・・・（式１４）
上記式１２に上記式１４を代入すると、次の式１５になる。
Qp=πdn 3/32×｛Prdn/（4ｋLn）｝1/n・・・（式１５）
この式１５の右辺にΔtを乗算すると、上記式１１になる。上記式１２～式１５中の各要素は、図２４のように図示できる。図２４は、式１２～式１５中の各要素を図示した概略図である。
次に、第１のトーピード１４（又は第２のトーピード１５）の移動速度のうち流量分であるVrqを次の式１６により算出する（ステップＳ２７）。
Vrq＝Qp／Δt／S・・・（式１６）
次に、指示移動速度Vrを加圧分と流量分を合算し、次の式１７により算出し、出力する（ステップＳ２８）。
Vr＝Vrp＋Vrq・・・（式１７）
＜吐出の２サイクル目以降の動作例（トーピード移動速度予測精度向上方法）＞
次に、吐出の２サイクル目以降の動作例（トーピード移動速度予測精度向上方法）について説明する。
吐出の２サイクル目以降、移動速度算出部３２Ａは、「指示移動速度（吐出の２サイクル目以降）」を算出する。その際、第１のトーピード１４（又は第２のトーピード１５）が移動した結果生じる圧力変化量を実測圧力より求め、第１のトーピード１４（又は第２のトーピード１５）が移動したことによる容積変化量と、その容積変化量から実測圧力を用いて上記式１１で算出される流出量を引いて「実質的な加圧容積」を求め、圧力変化量と「実質的な加圧容積」とから修正体積弾性率を求め、それを指示移動速度の算出に用いる（後述のステップＳ３２、Ｓ３３参照）。これにより、溶融樹脂へのエアの巻き込み具合に応じた体積弾性率を反映した予測値（修正体積弾性率）を用いることができるため、精度が向上する。
図２５は、吐出の２サイクル目以降の動作例のフローチャートである。
まず、実測圧力Prが検出される（ステップＳ３０）。実測圧力Prとは、第１の圧力検出部６５、第２の圧力検出部６６の検出値（圧力検出値）をいう。
次に、修正体積弾性率算出部３４Ａが、修正体積弾性率K´を次の式１８により算出する（ステップＳ３１）。
K´=（Pr－Pr-１）／（ΔVp／V）・・・（式１８）
但し、Prは制御時間刻み幅Δtとしたとき、修正体積弾性率を算出するときの実測圧力である。Pr-１は、Δt時間前の実測圧力である。ΔVpは、第１のトーピード１４（又は第２のトーピード１５）がΔt時間で移動することで縮小する容積から流出量を引いたもので、「実質的な加圧容積」である。
ΔVpは、次の式１９で算出する。
ΔVp＝Vr×Δt×S－Qp・・・（式１９）
上記式１８～式１９中の各要素は、図２６のように図示できる。図２６は、式１８～式１９中の各要素を図示した概略図である。
次に、移動速度算出部３２Ａが、修正体積弾性率K´を２サイクル目の体積弾性率K´として設定する（ステップＳ３２）。
次に、移動速度算出部３２Ａが、指示移動速度Vrの算出、出力を１サイクル目（ステップＳ２５～Ｓ２８）と同様に行う（ステップＳ３３）。
＜移動速度制御部３３Ａの動作例＞
移動速度制御部３３Ａは、第１のトーピード１４（又は第２のトーピード１５）の移動速度がステップＳ２８で算出、出力された指示移動速度Vrとなるように、モータ１６ａ又は１７ａを制御する（吐出の１サイクル目）。具体的には、移動速度制御部３３Ａは、第１のトーピード１４（又は第２のトーピード１５）の移動速度が指示移動速度Vrとなるように、モータ１６ａ又は１７ａに対して駆動指令値を出力する。また、移動速度制御部３３Ａは、第１のトーピード１４（又は第２のトーピード１５）の移動速度がステップＳ３３で算出、出力された指示移動速度Vrとなるように、モータ１６ａ又は１７ａを制御する（吐出の２サイクル目以降）。具体的には、移動速度制御部３３Ａは、第１のトーピード１４（又は第２のトーピード１５）の移動速度が指示移動速度Vrとなるように、モータ１６ａ又は１７ａに対して駆動指令値を出力する。
＜流量制御の実施例１＞
次に、流量制御の実施例１について説明する。
実施例１は、小型物を高分解能でプリントする吐出制御例である。実施例１では、ノズル径がφ1mmと小さい場合（シリンダー径dt=20mm）、φ1mmの円形断面を持つABS樹脂ビードを直線状に形成するため、ノズル径がφ1mmのノズル１８ａの移動速度が定常速度（通常用いる最高速度）である160mm/sで駆動されるときの流量制御、ノズル１８ａの制御方法について説明する。
図２７は、流量制御の実施例１、実施例２共通のフローチャートである。図２８は、実施例１のシミュレーション結果（１～３サイクル）をまとめた表である。
以下の説明において、第１のトーピード１４、第２のトーピード１５がシリンダ１１、１２内の溶融樹脂を交互に加圧することにより（図９～図１３参照）、吐出ノズル１８ａから溶融樹脂が連続的に吐出するものとする。
図２７中の各サイクルは、Δｔ（制御時間刻み幅）に対応する。
まず、第１のトーピード１４の１サイクル目の処理（ステップＳ４０～Ｓ４７）について説明する。
まず、ノズル移動速度を入力する（ステップＳ４０）。ここでは、ノズル１８ａの移動速度が160mm/sであることをＸＹ軸駆動装置５０から検出し、制御装置７Ａに入力されたものとする。
次に、指示流量Qを算出する（ステップＳ４１）。ここでは、上記式４により、指示流量Ｑ＝樹脂ビードの断面積（＝ノズル１８ａの断面積）×ノズル移動速度＝π/4ｘ12mm2×160 mm/s＝125.6mm3/sが算出されたものとする。
次に、ターゲット圧力Ptを算出する（ステップＳ４２）。具体的には、図２１に示す処理（ステップＳ１１～Ｓ１７）が実行される。
まず、せん断速度Dを算出する（ステップＳ１１）。ここでは、上記式５により、せん断速度D=32Q／（πdn 3）=32×125.6mm3/s／（3.14×（1mm）3）＝1,280/sが算出されたものとする。なお、Q＝125.6mm3/s、dn＝1mmである。
次に、吐出直前の溶融樹脂の温度Ｔを検出する（ステップＳ１２）。ここでは、温度Ｔ＝210℃が検出されたものとする。
次に、温度Ｔで決まる擬塑性粘度ｋを算出する（ステップＳ１３）。ここでは、210℃のABS樹脂での擬塑性粘度ｋ＝42,500[kg/(m・s2-n)]が算出されたものとする（図２０参照）。
次に、溶融粘度ηを算出する（ステップＳ１４）。ここでは、上記式６により、溶融粘度η＝ｋDn-1＝42,500 kg/(m・s2-0.25)×1,2800.25-1/s0.25-1＝199kg/(m・s)＝199Pa・sが算出されたものとする。なお、ABS樹脂の場合、n＝0.25である（図１７参照）。
次に、せん断応力τを算出する（ステップＳ１５）。ここでは、上記式７により、せん断応力τ=ηD=199Pa・s×1,280/s＝254,720Pa＝0.25MPaが算出されたものとする。なお、η=199Pa・s、D＝1,280/sである。
次に、ターゲット圧力Ptを算出する（ステップＳ１６）。ここでは上記式８により、ターゲット圧力Pt=τ4L/dn=0.25MPa×4×2mm/1mm＝2.0MPaが算出されたものとする。なお、τ=0.25MPa、L=2mm、dn＝1mmである。このターゲット圧力Pt（2.0MPa）は制御装置７Ａに出力される（ステップＳ１７）。
次に、図２７に戻って、実測圧力Prが検出される（ステップＳ４３）。ここでは、実測圧力Pr=0.0MPaが検出されたものとする。
次に、加圧量ΔPを算出する。ここでは、上記式９により、加圧量ΔP=Pt－Pr =2.0 MPa－0.0MPa＝2.0MPaが算出されたものとする。
次に、実位置Xrが検出される（ステップＳ４４）。ここでは、実位置Xr=25mmが検出されたものとする。
次に、体積弾性率Kを設定する（ステップＳ４５）。ここでは、体積弾性率K=834 MPaが設定されたものとする（図１８（ａ）参照）。
次に、指示移動速度Vrを算出する（ステップＳ４６）。具体的には、図２２に示す処理（ステップＳ２５～Ｓ２８）が実行される。
まず、第１のトーピード１４の移動速度（加圧分）Vrpを算出する（ステップＳ２５）。ここでは上記式１０により、移動速度(加圧分)Vrp＝(2.0MPa／834MPa)(628mm3＋314mm2×25mm)／0.1s／314mm2＝0.647 mm/sが算出されたものとする。なお、V0=628mm3、S＝π/4×dt＝314mm2(dt=20mm)、Δt＝0.1secである。なお、Δtは、0.1secに限らず、他の値であってもよい。
次に、予測流出量Qpを算出する（ステップＳ２６）。ここでは、上記式１１により、予測流出量Qp=πdn 3/32×｛Prdn/（4ｋLn）｝1/n×Δt=0mm3が算出されたものとする。なお、Pr＝0.0MPaである。
次に、第１のトーピード１４の移動速度（流量分）Vrqを算出する（ステップＳ２７）。ここでは、上記式１６により、移動速度(流量分)Vrq＝Qp／Δt／S＝0mm/sが算出されたものとする。なお、Qp=0mm3である。
次に、指示移動速度Vrを算出し、出力する（ステップＳ２８）。ここでは上記式１７により、指示移動速度Vr＝Vrp＋Vrq＝0.647mm/s+0mm/s＝0.647mm/sが算出し、出力されたものとする。
次に、第１のトーピード１４の移動速度がステップＳ４６（ステップＳ２７）で算出された指示移動速度Vrとなるように、モータ１６ａに対して駆動指令値を出力する（ステップＳ４７）。
次に、第１のトーピード１４の２サイクル目以降の処理（トーピード移動速度フィードバック制御。ステップＳ４８～Ｓ５２）について説明する。
まず、ノズル移動速度を入力する（ステップＳ４８）。ここでは、ノズル１８ａの移動速度が160mm/sであることをＸＹ軸駆動装置から検出し、制御装置７Ａに入力されたものとする。
次に、上記ステップＳ４１～Ｓ４４と同じ処理が実行される。
ここでは、ステップＳ４３において、実測圧力Pr=1.45MPaが検出されたものとする。
次に、修正体積弾性率Ｋ´が算出される（ステップＳ４９）。ここでは、上記式１８により、修正体積弾性率K´=（Pr－Pr-１）／（ΔVp／V）ΔVp＝Vr×Δt×S－Qp＝（1.45MPa－0MPa）／（20.33 mm3／8,478 mm3）＝604.6MPaが算出されたものとする。なお、ΔVp＝0.647mm/s×0.1s×314mm2－0mm3＝20.33mm3、Pr=1.45MPa、Pr-1 =0MPa、V＝628mm3+π/4×202mm2×25mm＝8,478 mm3である。
次に、修正体積弾性率K´を２サイクル目の体積弾性率K´として設定する（ステップＳ５０）。
次に、指示移動速度Vrの算出を１サイクル目（ステップＳ４６）と同様に行う（ステップＳ５１）。ここでは、上記式１７により、指示移動速度Vr＝Vrp＋Vrq＝0.245mm/s + 0.103mm/s＝0.348 mm/sが算出されたものとする。なお、ΔP＝Pt－Pr＝2.0MPa－1.45MPa＝0.55MPa、Xr＝24.94mm、Vrp＝(0.55MPa／604.6MPa)(628mm3＋314mm2×24.94mm)／0.1s／314mm2＝0.245mm/s、Qp＝π×(1mm)3/32×｛1.45MPa×1mm /(4×42,500kg/(m・s2-0.25)×2mm)｝1/0.25×0.1s＝3.25mm3、Vrq＝3.25mm3／0.1s／314mm2＝0.103mm/sである。
次に、第１のトーピード１４の移動速度がステップＳ５１で算出された指示移動速度Vrとなるように、モータ１６ａに対して駆動指令値を出力する（ステップＳ５２）。
２サイクル目以降も、最終サイクルと判定されるまで（ステップＳ５３：ＹＥＳ）、すなわち、第１のトーピード１４が下死点に達したと判定されるまで、上記ステップＳ４８～Ｓ５２が繰り返し実行される。なお、第１のトーピード１４が下死点に達したか否かは、ポテンシオメータ１６ｆの検出値（位置検出値）に基づき、判定することができる。
次に、ステップＳ４０～Ｓ５２と同様の処理が、第２のトーピード１５がＺ軸＋側へ移動し、最もＺ軸－側（下死点）に達する（ステップＳ５４；ＹＥＳ）までの間、実行される。
＜流量制御の実施例２＞
次に、流量制御の実施例２について説明する。
実施例２は、自動車サイズの大物を短時間でプリントする吐出制御例である。実施例２では、ノズル径がφ12mmと大きい場合（シリンダー径dt=100mm）、φ12mmの円形断面を持つABS樹脂ビードを直線状に形成するため、ノズル径がφ12mmのノズル１８ａの移動速度が定常速度（通常用いる最高速度）である160mm/sで駆動されるときの流量制御、ノズル１８ａの制御方法について説明する。
図２７は、流量制御の実施例１、実施例２共通のフローチャートである。図２９は、実施例２のシミュレーション結果（１～３サイクル）をまとめた表である。
以下の説明において、第１のトーピード１４、第２のトーピード１５がシリンダ１１、１２内の溶融樹脂を交互に加圧することにより（図９～図１３参照）、吐出ノズル１８ａから溶融樹脂が連続的に吐出するものとする。
図２７中の各サイクルは、Δｔ（制御時間刻み幅）に対応する。
まず、第１のトーピード１４の１サイクル目の処理（ステップＳ４０～Ｓ４７）について説明する。
まず、ノズル移動速度を入力する（ステップＳ４０）。ここでは、ノズル１８ａの移動速度が160mm/sであることをＸＹ軸駆動装置５０から検出し、制御装置７Ａに入力されたものとする。
次に、指示流量Qを算出する（ステップＳ４１）。ここでは、上記式４により、指示流量Ｑ＝樹脂ビードの断面積（＝ノズル１８ａの断面積）×ノズル移動速度＝π/4ｘ122mm2×160 mm/s＝18,096mm3/sが算出されたものとする。
次に、ターゲット圧力Ptを算出する（ステップＳ４２）。具体的には、図２１に示す処理（ステップＳ１１～Ｓ１７）が実行される。
まず、せん断速度Dを算出する（ステップＳ１１）。ここでは、上記式５により、せん断速度D=32×18,096 mm3/s／（3.14×（12mm）3）＝106.7/sが算出されたものとする。なお、Q＝18,096mm3/s、dn＝12mmである。
次に、吐出直前の溶融樹脂の温度Ｔを検出する（ステップＳ１２）。ここでは、温度Ｔ＝210℃が検出されたものとする。
次に、温度Ｔで決まる擬塑性粘度ｋを算出する（ステップＳ１３）。ここでは、210℃のABS樹脂での擬塑性粘度ｋ＝42,500[kg/(m・s2-n)]が算出されたものとする（図２０参照）。
次に、溶融粘度ηを算出する（ステップＳ１４）。ここでは、上記式６により、溶融粘度η＝42,500kg/(m・s2-0.25)×106.70.25-1/s0.25-1＝1,280kg/(m・s)＝1,280Pa・sが算出されたものとする。なお、ABS樹脂の場合、n＝0.25である（図１７参照）。
次に、せん断応力τを算出する（ステップＳ１５）。ここでは、上記式７により、せん断応力τ=1,280Pa・s×106.7/s＝136,576Pa＝0.14MPaが算出されたものとする。なお、η=1,280Pa・s、D＝106.7/sである。
次に、ターゲット圧力Ptを算出する（ステップＳ１６）。ここでは上記式８により、ターゲット圧力Pt= 0.14MPa×4×2mm/12mm＝0.09MPaが算出されたものとする。なお、τ= 0.14MPa、L=2mm、dn＝12mmである。このターゲット圧力Pt（0.09MPa）は制御装置７Ａに出力される（ステップＳ１７）。
次に、図２７に戻って、実測圧力Prが検出される（ステップＳ４３）。ここでは、実測圧力Pr=0.0MPaが検出されたものとする。
次に、加圧量ΔPを算出する。ここでは、上記式９により、加圧量ΔP=Pt－Pr =0.09MPa－0.0MPa＝0.09MPaが算出されたものとする。
次に、実位置Xrが検出される（ステップＳ４４）。ここでは、実位置Xr=25mmが検出されたものとする。
次に、体積弾性率Kを設定する（ステップＳ４５）。ここでは、体積弾性率K=834 MPaが設定されたものとする（図１８（ａ）参照）。
次に、指示移動速度Vrを算出する（ステップＳ４６）。具体的には、図２２に示す処理（ステップＳ２５～Ｓ２８）が実行される。
まず、第１のトーピード１４の移動速度（加圧分）Vrpを算出する（ステップＳ２５）。ここでは上記式１０により、移動速度(加圧分)Vrp＝(0.09MPa／834MPa)(15,700mm3＋7,854mm2×25mm)／0.1s／7,854mm2＝0.029mm/sが算出されたものとする。なお、V0=15,700mm3、S＝7,854mm2(dt=100mm)、Δt＝0.1secである。なお、Δtは、0.1secに限らず、他の値であってもよい。
次に、予測流出量Qpを算出する（ステップＳ２６）。ここでは、上記式１１により、予測流出量Qp=πdn 3/32×｛Prdn/（4ｋLn）｝1/n×Δt=0mm3が算出されたものとする。なお、Pr＝0.0MPaである。
次に、第１のトーピード１４の移動速度（流量分）Vrqを算出する（ステップＳ２７）。ここでは、上記式１６により、移動速度(流量分)Vrq＝Qp／Δt／S＝0mm/sが算出されたものとする。なお、Qp=0mm3である。
次に、指示移動速度Vrを算出し、出力する（ステップＳ２８）。ここでは上記式１７により、指示移動速度Vr＝Vrp＋Vrq＝0.029 mm/s+0mm/s ＝0.029mm/sが算出し、出力されたものとする。
次に、第１のトーピード１４の移動速度がステップＳ４６（ステップＳ２７）で算出された指示移動速度Vrとなるように、モータ１６ａに対して駆動指令値を出力する（ステップＳ４７）。
次に、第１のトーピード１４の２サイクル目以降の処理（トーピード移動速度フィードバック制御。ステップＳ４８～Ｓ５２）について説明する。
まず、ノズル移動速度を入力する（ステップＳ４８）。ここでは、ノズル１８ａの移動速度が160mm/sであることをＸＹ軸駆動装置から検出し、制御装置に入力されたものとする。
次に、上記ステップＳ４１～Ｓ４４と同じ処理が実行される。
ここでは、ステップＳ４３において、実測圧力Pr=0.046MPaが検出されたものとする。
次に、修正体積弾性率Ｋ´が算出される（ステップＳ４９）。ここでは、上記式１８により、修正体積弾性率K´=（Pr－Pr-１）／（ΔVp／V）ΔVp＝Vr×Δt×S－Qp＝（0.046 MPa－0MPa）／（22.88mm3／212,049mm3）＝426.3MPaが算出されたものとする。なお、ΔVp＝0.029mm/s×0.1s×7,854mm2－0mm3＝22.88mm3、Pr=0.046MPa Pr-1 =0MPa、V＝15,700mm3+π/4×1002mm2×25mm＝212,049mm3である。
次に、修正体積弾性率K´を２サイクル目の体積弾性率K´として設定する（ステップＳ５０）。
次に、指示移動速度Vrの算出を１サイクル目（ステップＳ４６）と同様に行う（ステップＳ５１）。ここでは、上記式１７により、指示移動速度Vr＝Vrp＋Vrq＝0.028mm/s+0.150mm/s＝0.178mm/sが算出されたものとする。なお、ΔP＝Pt－Pr＝0.09MPa－0.046MPa＝0.044MPa、Xr＝24.98mm、Vrp＝(0.044MPa／426.3MPa)(15,700mm3＋7,854mm2×24.98mm)／0.1s／7,854mm2＝0.028mm/s、Qp＝π×(12mm)3/32×｛0.046MPa×12mm/(4×42,500kg/(m・s2-0.25)×2mm)｝1/0.25×0.1s＝117.86mm3、Vrq＝117.86mm3／0.1s／7,854mm2＝0.150mm/sである。
次に、第１のトーピード１４の移動速度がステップＳ５１で算出された指示移動速度Vrとなるように、モータ１６ａに対して駆動指令値を出力する（ステップＳ５２）。
２サイクル目以降も、最終サイクルと判定されるまで（ステップＳ５３：ＹＥＳ）、すなわち、第１のトーピード１４が下死点に達したと判定されるまで、上記ステップＳ４８～Ｓ５２が繰り返し実行される。なお、第１のトーピード１４が下死点に達したか否かは、ポテンシオメータ１６ｆの検出値（位置検出値）に基づき、判定することができる。
次に、ステップＳ４０～Ｓ５２と同様の処理が、第２のトーピード１５がＺ軸＋側へ移動し、最もＺ軸－側（下死点）に達する（ステップＳ５４：ＹＥＳ）までの間、実行される。
以上説明したように、実施の形態２によれば、稼働させながら、吐出量を最適に制御することができる射出成形機を提供することができる。
これは、指示移動速度（シリンダ内の溶融樹脂を加圧する圧力がターゲット圧力となる、ピストン（第１のトーピード１４又は第２のトーピード１５）の移動速度のうち加圧分と、吐出ノズル１８ａから単位時間あたりに吐出する溶融樹脂の流量が予測流出量となる、ピストンの移動速度のうち流量分を合算した指示移動速度）となるようにピストンの移動速度を制御する移動速度制御部３３Ａを備えていることによるものである。
また、実施の形態２によれば、実測圧力より予測流出量を算出し、ピストン（第１のトーピード１４又は第２のトーピード１５）の目標移動速度を算出することで、実際の流出量を測定することなく、吐出流量を制御することができるため、射出成形機２Ａを稼働させながら、吐出流量を制御することができる。
また、実施の形態２によれば、吐出し始めのサイクル（例えば、図２７中の第１のトーピードの１サイクル目）では、予め記憶された体積弾性率を用いることで、迅速に目標の指示流量に到達することができる。
また、実施の形態２によれば、溶融樹脂へのエアの巻き込み具合に応じた精度の高い流量とすることができる。
また、実施の形態２によれば、溶融樹脂の種類（材種）・温度・ノズル寸法を考慮して、ターゲット圧力を算出し、吐出する流量を制御することができる。
これは、ターゲット圧力となるようにシリンダ内の溶融樹脂の圧力を制御する移動速度制御部（本発明の圧力制御部の一例）を備えていることによるものである。
また、実施の形態２によれば、温度により異なる擬塑性粘度を用いて、溶融樹脂のターゲット圧力を算出することで、正確に樹脂吐出流量の制御を行うことができる。
また、実施の形態２によれば、複数の樹脂材種を用いる場合にも、樹脂材種により異なる擬塑性粘度を用いて、溶融樹脂のターゲット圧力を算出することで、正確に樹脂吐出流量の制御を行うことができる。
また、実施の形態２によれば、使用している樹脂の種類ごとおよび温度ごとの擬塑性粘度を予め記憶させておくことで、ターゲット圧力を算出する際の演算負荷が低下できる。また、吐出し始めのサイクルから迅速に目標の指示流量とすることができる。
また、実施の形態２によれば、移動速度制御部３３Ａは、溶融樹脂の体積弾性率を用いて、ピストン（第１のトーピード１４又は第２のトーピード１５）の移動速度をフィードフォワード制御することにより、より正確にターゲット圧力に制御することができる。
また、実施の形態２によれば、実測圧力より予測流出量を算出し、ピストン（第１のトーピード１４又は第２のトーピード１５）の指示移動速度を算出することで、実際の流出量を測定することなく、吐出流量を制御することができるため、射出成形機を稼働させながら、吐出流量を制御することができる。
また、実施の形態２によれば、実測圧力より算出される圧力変化量、及び実質的な加圧容積に基づいて、体積弾性率を修正する修正体積弾性率算出部３４Ａを備えているため、溶融樹脂へのエアの巻き込み具合に応じた精度の高い流量とすることができる。
また、実施の形態２によれば、修正体積弾性率算出部３４Ａは、実測圧力と前記ターゲット圧力の差が所定値以上である場合にのみ、体積弾性率の修正を行うようにすることで、体積弾性率の値を補正する必要があるときのみ、修正を行うことができる。
また、実施の形態２によれば、以下の効果を奏する。
実施の形態２で説明した樹脂吐出ノズル１８ａの流量制御は、樹脂ペレット材料（通常、工業的に多量に流通している形態であるため、例えばStratasys社製など従来の３Ｄプリンタに用いられるフィラメントより大変安価）より樹脂ビード（ノズル１８ａから吐出された溶融樹脂が糸のように固まったもの）を形成して積層する、３Ｄプリンタに適用するのが望ましい。
その理由として、以下の４点の課題を解決する可能性があることがあげられる。
＜課題１＞
３Ｄプリンタ（射出成形機２Ａ又はこれを備えた射出成形装置１）ではノズル１８ａの移動速度が変化しても均一の太さの樹脂ビードが形成できることが求められる。すなわち、移動速度を検知し、それに応じた流量に迅速に対応することが求められる。
＜課題２＞
樹脂吐出ノズルの実際の流量を３Ｄプリンタを動作させながら測定することは本発明が想定する樹脂ノズルでは困難である。このため、一般的に、樹脂吐出圧力の測定値により制御する方法を取ることになる。
＜課題３＞
しかしながら、本発明者は、樹脂材料の種類や溶融樹脂の温度、吐出孔の径により同一の圧力であっても実際の流量がかなり異なることを見出した。高温では溶融粘度が低くなるため、圧力に対し流量が大きくなりやすい。また、ノズル径が大きいほど壁面摩擦の影響が及ぶ範囲が小さくなるため、見掛け粘度が下がり、圧力に対し流量が大きくなりやすい。また溶融樹脂は非ニュートン流体であるため、流量が大きいほど見掛け粘度が下がり流量が大きくなりやすい。なお、３Ｄプリンタでは様々な樹脂種類や様々な溶融樹脂の温度、極小径（例えば、φ0.5mm）から大きな吐出孔の径（例えばφ12mm）に１台で対応できたほうが望ましい。（例えば、ペンケースのような小さなものとミニバン程度の大きなものを造形する場合を比べると、積層造形の１層に要する時間が変わるため、次に層を重ねる時までの放熱量などにより、樹脂の温度やノズル径を変える必要がある）。
＜課題４＞
本発明者は、次のことを見出した。すなわち、樹脂ペレット材料を用いる課題として、ペレットの充てん具合などにより可塑化の過程が毎ストロークごとに違う。その結果、溶融状態（エアの巻き込み具合）により、同一の圧縮容積としても実際の圧力上昇が異なり（これは体積弾性率の相違による）、その結果、流量も異なる。
実施の形態２は、上記課題１～４を解決するために、様々な樹脂種類や様々な溶融樹脂の温度に対する材料物性値を定数としてデータテーブル２１～２３に予め記憶し、充てんする樹脂の種類を入力し、溶融樹脂の温度を計測し、それらに対応した定数と装着された吐出孔の径（ノズル径）を入力することで、移動速度から計算された指示流量を吐出するためのターゲット圧力を算出する。これにより、上記課題１、３が解決される。
次に、そのターゲット圧力になるよう、実測圧力との差から算出した加圧量を生じるトーピード（第１のトーピード１４又は第２のトーピード１５）の移動速度と、トーピードが移動中の流出量に相当するトーピードの移動速度を合算した移動速度により制御するものである。流出量の直接の測定は困難であるため、実測圧力から予測した流量を用いる。加圧量を生じるトーピードの移動速度を算出する際、吐出し始めのサイクル（例えば、図２７中の第１のトーピードの１サイクル目）では、データテーブルにある対応する体積弾性率を用いることで、フィードフォーワード制御とし、迅速に目標の指示流量付近に到達する。これにより、上記課題２が解決される。
その後のサイクル（例えば、図２７中の第１のトーピードの２サイクル目以降）では、トーピードが移動した結果生じる圧力変化量を実測し、トーピードの位置検出結果から算出する容積変化量と、実測圧力から上記式１１で算出される流出量を引いて求める、「実質的な加圧容積」を求め、圧力変化量と「実質的な加圧容積」とから修正体積弾性率を求め、それを用いて指示移動速度を算出することで、溶融樹脂へのエアの巻き込み具合に応じた精度の高い流量とすることができる。これにより、上記課題４が解決される。
次に、比較例１～３と対比して、実施の形態２の利点についてさらに説明する。
＜比較例１＞
比較例１（特許第５９２０８５９号）は、スクリューで可塑化した樹脂を直後に配置されたギアポンプで流量調整する。
比較例１に対する実施の形態２の利点は次のとおりである。すなわち、実施の形態２は、スクリューで可塑化した樹脂を直後に配置されたギアポンプで流量調整する代わりに、トーピードで可塑化した樹脂を一旦可塑化室に貯留し、吐出の際はアクチュエータで制御されたトーピードの移動速度により流量を制御するため、比較例１のノズル先端にあるギアポンプやノズルの内部空間の容積を変化可能とする前後動可能なピストン部材などが不要となり、構造が単純で小さくできる利点がある。
＜比較例２＞
比較例２（特許第４１６６７４６号）は、溶融樹脂の流出量を圧力と温度で制御したい場合、ノズルを閉鎖状態にして圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）の変化特性を求める。
比較例２に対する実施の形態２の利点は次のとおりである。すなわち、実施の形態２は、指示流量（目標流量）からトーピードの移動速度を制御するアクチュエータを駆動する指示値の算出に必要な材料物性値を定数として装置内のデータテーブルに備えているので、射出工程の前に特性値を測定する工程は必要としないという利点がある。
＜比較例３＞
比較例３（特開平－１６１９５号）は、プランジャの位置に応じて成形材料の体積弾性率が変化すると仮定し、ノズルから射出される成形材料の実際の射出流量値を算出する。
比較例３に対する実施の形態２の利点は次のとおりである。すなわち、実施の形態２は、比較例３では必要な射出工程の前に体積弾性率を決める定数ABCを測定する工程は必要としないという利点がある。この理由は、実施の形態２は最初のサイクル（例えば、図２７中の第１のトーピードの１サイクル目）のみはデータテーブルにある体積弾性率を使用するが、２サイクル目（例えば、図２７中の第１のトーピードの２サイクル目以降）からは射出工程を行いながら修正体積弾性率を毎サイクル求めることができるため、エアの巻き込み具合を考慮した値となり比較例３と同等の効果が出せる。
比較例３のフィードバック制御と実施の形態２の違いを次のＩで、また、なぜ実施の形態２が射出工程を行いながら修正体積弾性率を求めることができるのかを次のＩＩで、それぞれ述べる。
Ｉ：比較例３では圧力と位置の測定結果から「実際の流量」（比較例３での呼び名）を算出し、目標流量との差によりフィードバック制御する。しかし、実施の形態２が想定するノズルでは本当の実際の流量の計測手段を持たない。このため実施の形態２（本発明の技術思想）は流量については２サイクル目以降であってもオープンループ制御である。すなわち、本発明は実測圧力を用いて修正体積弾性率を求め、指示流量（目標流量）を得るためのトーピードの移動速度の予測精度を上げることである。
ＩＩ：実施の形態２が射出工程を行いながら修正体積弾性率を求めることができる理由は、トーピードの移動による容積変化を、「実質的な加圧容積」（圧力を上昇させるために寄与する圧縮容積）と流出量に相当する分の和としてとらえ、流出量を上記式１１で実測圧力から算出される精度の高い「予測流出量」とすることで、位置センサ（ポテンシオメータ１６ｆ、１７ｆ）で計測できる実位置よりトーピードの移動による容積変化も精度の高い値とすることで、後者と前者の差である「実質的な加圧容積」を射出工程を行いながら（＝トーピードを移動させて、ノズルを閉鎖することなく樹脂を流出させながら）、高い精度で求めることができることによる。
なお、実施の形態２では修正体積弾性率を求める際に、実測圧力とトーピードの移動による容積変化と「予測流出量」を用いるが、上記式１１に示すように、「予測流出量」を算出することに実測圧力を用いるが体積弾性率を用いることがない。このため、修正体積弾性率を体積弾性率とは独立して求めることができる。
一方、比較例３では「実際の流量ｑ° 」（比較例３での呼び名）を算出することに、実測圧力P°の他に体積弾性率K(z)を用いているために、実施の形態２でいうところの「実質的な加圧容積」を、トーピードの移動による容積変化As・Z°から「実際の流量ｑ° 」を引いて求め、それと実測圧力P°とから修正体積弾性率を求めようとしても、予測値（修正体積弾性率）の算出過程にその予測値（修正体積弾性率）を使うことになり、Excelで言うところの循環参照となり計算が出来ない。
また、実施の形態２では、溶融樹脂の温度と流量に対する粘度の変化を考慮した値を用いて、粘度と圧力とから流量が決まる理論式（擬塑性流動での非ニュートン流体のべき法則を用い、溶融粘度のせん断速度依存性、温度依存性を考慮したもの）から目標の指示流量に対するターゲット圧力を計算し制御に用いるのでより予測精度が優れ、迅速に指示流量（目標流量）に到達する。また、データテーブルに様々な樹脂に対するべき指数ｎを用意しておき、事前に各温度に対して求めたｋも準備しておくことで、様々な樹脂の正確な流量制御が可能となる。
＜実施の形態３＞
次に、実施の形態３として、３Ｄプリンタにおける造形不具合発生時の自動停止及び欠陥位置の記録方法について説明する。
実施の形態３の射出成形機２Ｂの構成は、上記実施の形態２の射出成形機２Ａの構成（図１４参照）と同様であるため、説明を省略する。
図３０は、実施の形態３の制御装置７Ｂの構成図である。
実施の形態３の制御装置７Ｂの構成は、上記実施の形態２の制御装置７Ａの構成（図１５参照）と同様であるが、図３０に示すように、実施の形態３の制御装置７Ｂには、位置記憶部２５、異常検出部３５Ａ、異常報知部７０が追加されている。
位置記憶部２５は、例えば、記憶部２０に設けられている。位置記憶部２５には、異常検出部３５Ａが異常（欠陥）を検出した時点のノズル位置（異常（欠陥）を検出した時点のノズル１８ａの位置が分かる３Ｄプリンタの動作位置）が記憶される。図３５は、位置記憶部２５に記憶されるノズル１８ａの位置の一例である。
異常検出部３５Ａは、制御部３０（プロセッサ）が記憶部２０からメモリ４０（例えば、ＲＡＭ）に読み込まれた所定プログラムを実行することにより実現される。異常検出部３５Ａは、ハードウェアで実現してもよい。異常検出部３５Ａの動作例については後述する。
異常報知部７０は、異常検出部３５Ａが検出した異常を表示するディスプレイ又は異常検出部３５Ａが検出した異常を音声で出力するスピーカである。
＜異常検出部３５Ａの動作例＞
次に、異常検出部３５Ａの動作例（自動停止判定及び欠陥発生判定ロジック）について説明する。
図３１は、異常検出部３５Ａの動作例（自動停止判定及び欠陥発生判定ロジック）のフローチャートである。図３１中、点線で囲った範囲が異常検出部３５Ａの動作例（自動停止判定及び欠陥発生判定ロジック）である。
まず、ターゲット圧力Ptが決定される（ステップＳ６０）。具体的には、吐出ノズル１８ａの移動速度から一定太さの樹脂ビードとなるよう算出される流量となるよう、吐出孔上流の溶融樹脂のターゲット圧力Ptを決定する。ターゲット圧力Ptは、例えば、実施の形態２で説明したターゲット圧力算出部３１Ａにより決定することができる。
次に、実測圧力Prが検出される（ステップＳ６１）。実測圧力Prは、圧力センサ等により直接検出するか、第１のシリンダ１１の外周面又は第２のシリンダ１２の外周面に取り付けられた圧力検出部６５又は６６（例えば、ひずみゲージ）の値（圧力検出値）から推定することができる。
次に、圧力の差ΔPを次の式２０により算出する（ステップＳ６２）。
ΔP=Pr－Pt・・・（式２０）
但し、Prは実測圧力、Ptはターゲット圧力である。
次に、ステップＳ４７と同様に、モータ１６ａに対して駆動指令値を出力する（ステップＳ６３）。
次に、ΔPが予め定められた基準ＳＴ１又は基準ＳＴ２を満たすか否かを判定する（ステップＳ６４）。
基準ＳＴ１は、例えば、ΔP＞閾値Pmaxである。閾値Pmaxは、プラスの値で、例えば、実験により予め定めることができる比較的大きな値である。基準ＳＴ１（閾値Pmax等）は、例えば、記憶部２０に記憶されている。基準ＳＴ１は、吐出ノズル１８ａ（吐出孔）に未溶融の樹脂片やゴミが詰まるなどして実流量Qが目標流量（指示流量）より小さくなる場合、満たされる。その理由は、実流量Qが目標流量より小さいと、シリンダ１１内の樹脂の圧縮量が想定より大きくなり、内部圧力が上昇するため、実測圧力Prがターゲット圧力Ptより大きくなるためである。
基準ＳＴ２は、例えば、ΔP＜閾値Pminである。閾値Pminは、マイナスの値で、例えば、実験により予め定めることができる比較的小さな値である。基準ＳＴ２（閾値Pmin等）は、例えば、記憶部２０に記憶されている。基準ＳＴ２は、溶融樹脂の体積弾性率Kがエアの混入がないものより小さくなる場合、満たされる。その理由は、溶融樹脂にエアが混入するケースとして、ブリッジを起こして供給管内で詰まり樹脂ペレットの供給量が不十分であったり、ペレット形状や静電気の影響等でノズル１８ａへの充てん率が低い場合、可塑化する樹脂の量が第１のシリンダ１１の容積を下回る場合等に生じる。この状態で形成された樹脂ビードには混入したエアーが膨張して生じる空洞欠陥が含まれ、造形体の品質悪化を招く。
ΔPが基準ＳＴ１を満たす場合（ステップＳ６４：ＹＥＳ）、吐出ノズル１８ａが詰まったため造形不具合発生と判断し造形を自動停止する（ステップＳ６５）。停止とは、吐出ノズル１８ａの停止（アクチュエータ（ここでは、モータ１６ａ又は１７ａ）の停止）及びガントリー装置５１の停止をいう。この場合（ステップＳ６４：ＹＥＳ）、異常報知部７０は、吐出ノズル１８ａが詰まった旨をディスプレイに表示してもよいし、音声で出力してもよい。
一方、ΔPが基準ＳＴ２を満たす場合（ステップＳ６４：ＹＥＳ）、溶融樹脂へのエアの巻き込みが過多であるため造形不具合発生と判断し造形を自動停止する（ステップＳ６５）。この場合（ステップＳ６４：ＹＥＳ）、異常報知部７０は、溶融樹脂へのエアの巻き込みが過多である旨をディスプレイに表示してもよいし、音声で出力してもよい。
一方、ステップＳ６４の判定の結果、ΔPが基準ＳＴ１及び基準ＳＴ２を満たさない場合（ステップＳ６４：ＮＯ）、ΔPが予め定められた基準ＤＦ１を満たすか否かを判定する（ステップＳ６６）。基準ＤＦ１は、例えば、ΔP＜閾値PDFである。閾値PDFは、マイナスの値で、閾値Pminより大きい。閾値PDFは、例えば、実験により予め定めることができる。基準ＤＦ１（閾値PDF等）は、例えば、記憶部２０に記憶されている。
ΔPが基準ＤＦ１を満たす場合（ステップＳ６６：ＹＥＳ）、溶融樹脂へのエアの巻き込みがやや多い（空孔欠陥）と考えられる（但し、積層造形物を、製品として採用できる）ため、後でその空孔欠陥の箇所を確認できるように、ノズル位置（異常（欠陥）を検出した時点のノズル１８ａの位置が分かる３Ｄプリンタの動作位置）を位置記憶部２５に記録する（ステップＳ６７）。この場合、異常報知部７０は、溶融樹脂へのエアの巻き込みがやや多い旨（及びノズル位置）をディスプレイに表示してもよいし、音声で出力してもよい。
一方、ステップＳ６６の判定の結果、ΔPが基準ＤＦ１を満たさない場合（ステップＳ６６：ＮＯ）、ＤＦ１の出現回数が基準ＳＴ３を満たすか否かを判定する（ステップＳ６８）。基準ＳＴ３は、ＤＦ１の出現回数（ΔPが閾値PDFを超えた回数）＞所定回数である。所定回数は、通算の積算回数又は所定期間内の積算回数で、予め定めることができる。基準ＳＴ３（所定回数等）は、例えば、記憶部２０に記憶されている。
ＤＦ１の出現回数が基準ＳＴ３を満たす場合（ステップＳ６８：ＹＥＳ）、造形不具合発生（空孔欠陥頻発）と判断し造形を自動停止する（ステップＳ６９）。この場合、異常報知部７０は、空孔欠陥頻の旨をディスプレイに表示してもよいし、音声で出力してもよい。
一方、ステップＳ６８の判定の結果、ＤＦ１の出現回数が基準ＳＴ３を満たさない場合（ステップＳ６８：ＮＯ）、上記ステップＳ６０に戻ってステップＳ６０以下の処理が繰り返し実行される。
＜異常検出部３５Ａの他の動作例＞
次に、異常検出部３５Ａの他の動作例（自動停止判定及び欠陥発生判定ロジック）について説明する。
図３２は、異常検出部３５Ａの他の動作例（自動停止判定及び欠陥発生判定ロジック）のフローチャートである。図３２中、点線で囲った範囲が異常検出部３５Ａの他の動作例（自動停止判定及び欠陥発生判定ロジック）である。
図３２は、第１のトーピード１４の１サイクル目及び２サイクル目以降の動作例、並びに第２のトーピード１５の１サイクル目及び２サイクル目以降の動作例共通のフローチャートである。
以下代表して、第１のトーピードの１サイクル目の動作例（Ｓ７０～Ｓ７３）及び２サイクル目以降の動作例（Ｓ７４～Ｓ８８）を説明する。第２のトーピードの１サイクル目の動作例（Ｓ７０～Ｓ７３）及び２サイクル目以降の動作例（Ｓ７４～Ｓ８８）については、第１のトーピードの１サイクル目の動作例及び２サイクル目以降の動作例と同様であるため説明を省略する。
まず、第１のトーピード１４の１サイクル目の動作例（Ｓ７０～Ｓ７３）について説明する。
まず、ターゲット圧力Ptが決定（算出）される（ステップＳ７０）。
次に、実測圧力Prが検出される（ステップＳ７１）。
次に、上記ステップＳ４５と同様に、体積弾性率Kを設定する（ステップＳ７２）。
次に、上記ステップＳ４７と同様に、モータ１６ａに対して駆動指令値を出力する（ステップＳ７３）。
次に、２サイクル目以降の動作例（Ｓ７４～Ｓ１０１）について説明する。
まず、ターゲット圧力Ptが決定（算出）される（ステップＳ７４）。
次に、実測圧力Prが検出される（ステップＳ７５）。
次に、圧力の差ΔPを上記式２０により算出する（ステップＳ７６）。
次に、実位置Xrが検出される（ステップＳ７７）。
次に、上記ステップＳ３１と同様に、修正体積弾性率K´を上記式１８により算出する（ステップＳ７８）。
次に、体積弾性率の差ΔKを次の式２１により算出する（ステップＳ７９）。
ΔK=K´－K・・・（式２１）
但し、K´は修正体積弾性率、Kは体積弾性率である。
次に、上記ステップＳ７３と同様に、モータ１６ａに対して駆動指令値を出力する（ステップＳ８０）。
次に、ΔPが予め定められた基準ＳＴ４を満たすか否かを判定する（ステップＳ８１）。基準ＳＴ４は、例えば、ΔP＞閾値Pmaxである。閾値Pmaxは、プラスの値で、例えば、実験により予め定めることができる比較的大きな値である。基準ＳＴ４（閾値Pmax等）は、例えば、記憶部２０に記憶されている。
基準ＳＴ４は、吐出ノズル１８ａ（吐出孔）に未溶融の樹脂片やゴミが詰まるなどして実流量Qが目標流量（指示流量）より小さくなる場合、満たされる。その理由は、実流量Qが目標流量より小さいと、溶融樹脂格納室内の樹脂の圧縮量が想定より大きくなり、内部圧力が上昇するため、実測圧力Prがターゲット圧力Ptより大きくなるためである。
ΔPが基準ＳＴ４を満たす場合（ステップＳ８１：ＹＥＳ）、吐出ノズル１８ａが詰まったため造形不具合発生と判断し造形を自動停止する（ステップＳ８２）。停止とは、吐出ノズル１８ａの停止（アクチュエータ（ここでは、モータ１６ａ又は１７ａ）の停止）及びガントリー装置５１の停止をいう。この場合（ステップＳ８１：ＹＥＳ）、異常報知部７０は、吐出ノズル１８ａが詰まった旨をディスプレイに表示してもよいし、音声で出力してもよい。
一方、ステップＳ８１の判定の結果、ΔPが基準ＳＴ４を満たさない場合（ステップＳ８１：ＮＯ）、ΔKが予め定められた基準ＳＴ５を満たすか否かを判定する（ステップＳ８３）。基準ＳＴ５は、例えば、ΔK＜閾値Kminである。閾値Kminは、マイナスの値で、例えば、実験により予め定めることができる比較的小さな値である。基準ＳＴ５（閾値Kmin等）は、例えば、記憶部２０に記憶されている。
ΔKが基準ＳＴ５を満たす場合（ステップＳ８３：ＹＥＳ）、溶融樹脂へのエアの巻き込みが過多であるため造形不具合発生と判断し造形を自動停止する（ステップＳ８４）。この場合（ステップＳ８３：ＹＥＳ）、異常報知部７０は、溶融樹脂へのエアの巻き込みが過多である旨をディスプレイに表示してもよいし、音声で出力してもよい。
一方、ステップＳ８３の判定の結果、ΔKが基準ＳＴ５を満たさない場合（ステップＳ８３：ＮＯ）、ΔKが予め定められた基準ＤＦ２を満たすか否かを判定する（ステップＳ８５）。基準ＤＦ２は、例えば、ΔK＜閾値KDFである。閾値KDFは、マイナスの値で、閾値Kminより大きい。閾値KDFは、例えば、実験により予め定めることができる。基準ＤＦ２（閾値KDF等）は、例えば、記憶部２０に記憶されている。
ΔKが基準ＤＦ２を満たす場合（ステップＳ８５：ＹＥＳ）、溶融樹脂へのエアの巻き込みがやや多い（空孔欠陥）と考えられる（但し、積層造形物を、製品として採用できる）ため、後でその空孔欠陥の箇所を確認できるように、ノズル位置（異常（欠陥）を検出した時点のノズル１８ａの位置が分かる３Ｄプリンタの動作位置）を位置記憶部２５に記録する（ステップＳ８６）。この場合、異常報知部７０は、溶融樹脂へのエアの巻き込みがやや多い旨（及びノズル位置）をディスプレイに表示してもよいし、音声で出力してもよい。
一方、ステップＳ８５の判定の結果、ΔKが基準ＤＦ２を満たさない場合（ステップＳ８５：ＮＯ）、ＤＦ２の出現回数が基準ＳＴ６を満たすか否かを判定する（ステップＳ８７）。基準ＳＴ６は、例えば、ＤＦ２の出現回数（ΔPが閾値KDFを超えた回数）＞所定回数である。所定回数は、通算の積算回数又は所定期間内の積算回数で、予め定めることができる。基準ＳＴ６（所定回数等）は、例えば、記憶部２０に記憶されている。
ＤＦ２の出現回数が基準ＳＴ６を満たす場合（ステップＳ８７：ＹＥＳ）、造形不具合発生（空孔欠陥頻発）と判断し造形を自動停止する（ステップＳ８８）。この場合、異常報知部７０は、造形不具合発生（空孔欠陥頻発）の旨をディスプレイに表示してもよいし、音声で出力してもよい。
一方、ステップＳ８７の判定の結果、ＤＦ２の出現回数が基準ＳＴ６を満たさない場合（ステップＳ８７：ＮＯ）、上記ステップＳ７４に戻ってステップＳ７４以下の処理が繰り返し実行される。
＜３Ｄプリンタに用いた時の造形欠陥予測位置の記録方法の実施例＞
次に、３Ｄプリンタに用いた時の造形欠陥予測位置の記録方法の実施例（以下、実施例３と呼ぶ）について説明する。
図３３は、３Ｄプリンタに用いた時の造形欠陥予測位置の記録方法の実施例のフローチャートである。
図３３は、図２７に対して「自動停止判定及び欠陥発生判定ロジック（ステップＳ６４－Ｓ６９。図３１中の点線内参照）」及び「自動停止判定及び欠陥発生判定ロジック（ステップＳ８１－Ｓ８８。図３２中の点線内参照）」を追加したものに相当する。図３３中の各ステップの処理については既に説明したので、説明を省略する。
図３４は、実施例３の結果（１～６サイクル）をまとめた表である。具体的には、図３４は、図３３中のステップＳ４０～Ｓ４７の処理を１回、ステップＳ４８～Ｓ５２の処理を５回繰り返した場合の結果をまとめた表である。
図３４は、サイクル４以降、ΔK(=K´-K)＜閾値KDF(=-500)、すなわち、基準ＤＦ２を満たしたことを表している。これは、溶融樹脂へのエアの巻き込みがやや多い（空孔欠陥）と考えられるため、後でその空孔欠陥の箇所を確認できるように、ノズル位置（異常（欠陥）を検出した時点のノズル１８ａの位置が分かる３Ｄプリンタの動作位置）を位置記憶部２５に記録する（ステップＳ８６）。例えば、図３５に示すように記録する。図３５は、位置記憶部２５に記憶された造形欠陥の予測位置（異常検出部３５Ａが異常（欠陥）を検出した時点のノズル位置）の一例である。
＜ノズル詰まりによる造形の停止の実施例＞
次に、ノズル詰まりによる造形の停止の実施例（以下、実施例４と呼ぶ）について説明する。
図３６は、実施例４の結果（１～５サイクル）をまとめた表である。具体的には、図３６は、図３３中のステップＳ４０～Ｓ４７の処理を１回、ステップＳ４８～Ｓ５２の処理を４回繰り返した場合の結果をまとめた表である。
図３６は、サイクル５において、ΔP>閾値Pmax(=2.0MPa)、すなわち、基準ＳＴ４を満たしたことを表している。これは、ノズル１８ａ（吐出孔）に未溶融樹脂またはゴミが詰まったことにより流量が低下し、圧縮容積が増えたため圧力が急上昇したと考えられる。このまま造形を継続するとノズル１８ａが破損する恐れがあるため、例えば、停止信号ＳＴ１を出力し造形を自動停止する（ステップＳ６５）。
以上説明したように、実施の形態３によれば、吐出ノズル１８ａ（吐出孔）に未溶融の樹脂片が詰まった場合や吐出された樹脂が空気を含んでいる場合等の異常が発生したことを検出することができる射出成形機７Ｂを提供することができる。
これは、ターゲット圧力と実測圧力とに基づいて、異常を検出する異常検出部３５Ａを備えていることによるものである。
また、実施の形態３によれば、上記のように異常を検知することができるため、自動運転時等、人の監視が無い状態で欠陥不良の多い積層造形物を作り続けてしまうのを抑制することができる。
また、ノズル１８ａが詰まった状態に気づかず樹脂を吐出しようと作動し続けると内部圧力が上昇し、シリンダ１１、１２又はアクチュエータ（ここでは、モータ１６ａ、１７ａ）が破損する恐れがあるが、実施の形態３によれば、圧力の差ΔPが閾値を超えた場合、又は体積弾性率の差が閾値を超えた場合、造形を停止するため（ステップＳ６５、Ｓ８２、Ｓ８４）、シリンダ１１、１２又はアクチュエータ（ここでは、モータ１６ａ、１７ａ）が破損するのを抑制することができる。
また、実施の形態３によれば、異常検出部３５Ａが異常を検出した場合、当該異常を報知する異常報知部７０を備えているため、異常の発生を容易に把握できる。
また、実施の形態３によれば、異常検出部３５Ａが異常を検出した場合、当該異常を検出した時点の吐出ノズル１８ａの座標を記憶する位置記憶部２５を備えているため、当該座標を参照することで、完成後の積層造形体（３次元造形物）の検査で異常（欠陥位置）が許容できるレベルか否かを容易に判定できる。
また、実施の形態３によれば、ターゲット圧力と実測圧力との差（ΔP）が予め定められた第１基準（例えば、基準ＳＴ２：ΔP＜閾値Pmin）を満たす場合、異常検出部３５Ａは第１の異常（溶融樹脂へのエアの巻き込みが過多である）を検出し、かつ、吐出ノズル１８ａを停止する（ステップＳ６５）。一方、ターゲット圧力と実測圧力との差（ΔP）が予め定められた第２基準（例えば、基準ＤＦ１：ΔP＜閾値PDF）を満たす場合、異常検出部３５Ａは第２の異常（溶融樹脂へのエアの巻き込みがやや多い（空孔欠陥））を検出し、かつ、当該第２の異常を検出した時点の吐出ノズル１８ａの座標を位置記憶部２５に記憶する（ステップＳ６７）。
これにより、例えば、差（ΔP）が大きい場合には、停止しないと設備が故障するので停止し、ある程度の差の大きさであれば、成形を続け、後に欠陥が発生していないかを検査することができる。
また、実施の形態３によれば、ターゲット圧力が実測圧力より大きい場合に異常検出部３５Ａが検出する異常と、ターゲット圧力が実測圧力より小さい場合に異常検出部３５Ａが検出する異常は、互いに異なっていてもよい。
このようにすれば、例えば、異常が、エア混入が原因か、樹脂片が詰まったことが原因かを特定することができる。
＜実施の形態４＞
次に、実施の形態４として３Ｄプリンタ３００について説明する。
＜３Ｄプリンタ３００のシステム構成（概要）＞
図３７は、実施の形態４の３Ｄプリンタ３００のシステム構成図である。
図３７に示すように、実施の形態４の３Ｄプリンタ３００は、吐出ノズル１８から吐出される溶融樹脂である樹脂ビードＲＢをベースプレート４（本発明のテーブルの一例）上に積層することで、３次元造形物（例えば、図３７中、符号Ｏｂ１が示す３次元造形物）を造形する３次元積層物造形装置である。３Ｄプリンタ３００は、溶融樹脂を貯留するシリンダ１１、１２と、シリンダ１１、１２に連通した吐出ノズル１８と、第１のピストンユニット１４（及び第２のピストンユニット１５）と、を備えている。なお、図示しないが、ＸＹ軸に加えてＺ軸方向にも動くロボットと、固定されたベースプレートと、を用いてもよい。
以下、第１のピストンユニット１４、第２のピストンユニット１５のことを、第１のピストン１４、第２のピストン１５とも呼ぶ。第１のピストン１４、第２のピストン１５が本発明のピストンの一例である。第１のピストン１４、第２のピストン１５は、シリンダ１１、１２内を往復直線運動するピストンであって、吐出ノズル１８に接近する方向（図３７中、下方向）に移動しシリンダ１１、１２内の溶融樹脂を加圧することにより、吐出ノズル１８から溶融樹脂を吐出させる。
＜３Ｄプリンタ３００のシステム構成（ハード構成）＞
図３７に示すように、３Ｄプリンタ３００は、実施の形態２の射出成形機２Ａ、制御装置７Ａ、ＸＹ軸駆動装置５０（ガントリー駆動装置）、Ｚ軸駆動装置６０を備えている。ＸＹ軸駆動装置５０が、本発明の移動部の一例である。これらについては、上記実施の形態２等で既に説明したため、説明を省略する。
なお、第１の圧力検出部６５及び第２の圧力検出部６６は、溶融樹脂の圧力を可塑化室Ｓ２、Ｓ４から吐出ノズル１８（樹脂吐出孔）の間のどこかで測定又は推定できる手段（例えば、圧力センサ）であればよい。また、温度検出部６３は、溶融樹脂の温度を可塑化室Ｓ２、Ｓ４から吐出ノズル１８（樹脂吐出孔）の間のどこかで測定又は推定する手段（例えば、熱電対）であればよい。
図３７中、「樹脂による定数」は図１５中の各データテーブル２１～２３に対応し、「ノズル径、ノズル長」は図１５中のノズルの寸法２４に対応する。
さらに、３Ｄプリンタ３００は、造形軌跡生成部８０、ピストン直進アクチュエータ駆動装置８１を備えている。
造形軌跡生成部８０は、造形モデルＭＤ（例えば、STL（Standard Triangulated Language）により目的の３次元造形物を記述した３Ｄデータ）に対して所定処理を実行することにより造形軌跡（以下、３Ｄプリント軌跡とも呼ぶ）を生成する。造形軌跡生成部８０は、例えば、スライサーと呼ばれる公知のソフトウェア（プログラム）をパーソナルコンピュータ等の情報処理装置（図示せず）が実行することにより実現される。
３Ｄプリント軌跡は、目的の３次元造形物が造形（積層）されるように３Ｄプリンタ３００を制御するためのデータで、例えば、Ｇコードである。Ｇコードは、積層方向（Ｚ軸方向）に分割（スライス）された層ごとに、目的の３次元造形物を造形するために３Ｄプリンタ３００を制御するためのデータで、例えば、吐出ノズル１８の移動目標位置（ＸＹ座標）を含む。
例えば、図３７に示すように、始点Ａ、反転点Ｂ、途中点Ｃを通過する３次元造形物Ｏｂ１（積層造形体）を造形する場合を想定する。この場合、図３８（ａ）～図３８（ｃ）に示す速度と時間の関係になるような３Ｄプリント軌跡が生成される。図３８（ａ）はＸ軸方向ノズル速度と時間との関係を表すグラフ、図３８（ｂ）はＹ軸方向ノズル速度と時間との関係を表すグラフ、図３８（ｃ）はノズル並進速度の大きさと時間との関係を表すグラフである。図３８中のＡ、Ｂ、Ｃは、図３７中のＡ、Ｂ、Ｃに対応する。図３８（ｃ）中、「ノズル並進速度の大きさ」とは、ＸＹ各軸（またはＸＹＺ各軸）の移動速度の合成として算出される速度ベクトルの大きさをいう。
造形軌跡生成部８０は、３Ｄプリント軌跡として、始点と終点との間の全ての移動目標位置を生成する場合もあるし、現在位置（吐出ノズル１８の現在位置）から少なくとも１つ先の移動目標位置のみを生成する場合もある。実施の形態４では、後者を例にして説明する。
ピストン直進アクチュエータ駆動装置８１は、制御装置７Ａからの制御に従い（制御装置７Ａから出力される駆動指令値に基づき）、モータ１６ａ、１７ａを制御する。
＜３Ｄプリンタ３００の機能構成＞
図３９は、３Ｄプリンタ３００の機能ブロック図である。
制御装置７Ａの制御部３０Ａ（プロセッサ）は、記憶部２０からメモリ４０（例えば、ＲＡＭ）に読み込まれた所定プログラムを実行することにより、図３９に示すように、主に、取得部３０ａ、ピストン制御部３０ｂ、温度制御部３０ｃ、流量予測部３０ｄ、吐出ノズル制御部３０ｅとして機能する。これらの一部又は全部は、ハードウェアで実現してもよい。
取得部３０ａは、吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）を取得する。
ピストン制御部３０ｂは、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の移動（移動方向、移動速度）を制御する。具体的には、ピストン制御部３０ｂは、吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）に基づいて、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の移動を制御する。詳細には、ピストン制御部３０ｂは、樹脂ビードＲＢの寸法が一定となるように、ピストン直進アクチュエータ駆動装置８１を制御することにより第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の移動速度を制御する。
温度制御部３０ｃは、シリンダ１１、１２（可塑化室Ｓ２、Ｓ４）に貯留された溶融樹脂の温度を制御する。
流量予測部３０ｄは、吐出ノズル１８から吐出される溶融樹脂の吐出流量を予測する。
吐出ノズル制御部３０ｅは、吐出ノズル１８の移動を制御する。例えば、吐出ノズル制御部３０ｅは、予測された吐出流量に基づいて、樹脂ビードＲＢの寸法が一定となるように、ＸＹ軸駆動装置５０（本発明の移動部の一例）を制御することにより吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）を制御する。
＜３Ｄプリンタ３００の動作の概略＞
次に、実施の形態４の３Ｄプリンタ３００の動作の概略について説明する。
図４０は、３Ｄプリンタ３００の動作の概略のフローチャートである。以下の処理は、制御部３０Ａ（プロセッサ）が記憶部２０からメモリ４０（例えば、ＲＡＭ）に読み込まれた所定プログラムを実行することにより実現される。
まず、３Ｄプリント軌跡を生成する（ステップＳ９０）。３Ｄプリント軌跡は、造形軌跡生成部８０が、造形モデルＭＤに対して所定処理を実行することにより生成される。
次に、吐出ノズル１８をＸＹ軸方向に移動させる（ステップＳ９１）。これは、制御装置７Ａ（吐出ノズル制御部３０ｅ）が、射出成形機２Ａ（吐出ノズル１８）を３Ｄプリント軌跡（造形軌跡）に従って移動させるための駆動指令値をＸＹ軸駆動装置５０（ガントリー駆動装置）に出力し、ＸＹ軸駆動装置５０が、制御装置７Ａからの制御に従い（制御装置７Ａから出力される駆動指令値に基づき）、射出成形機２Ａ（吐出ノズル１８）をＸＹ軸方向に移動させることで実現される。
上記ステップＳ９１の処理は、１層の３Ｄプリント軌跡（造形軌跡）の造形が完了する（ステップＳ９２：ＹＥＳ）まで実行される。
次に、１層の３Ｄプリント軌跡（造形軌跡）の造形が完了すると（ステップＳ９２：ＹＥＳ）、次の層の３Ｄプリント軌跡を造形するため、ベースプレート４をＺ軸方向（図３７中、上方）に所定量移動させる（ステップＳ９３）。これは、制御装置７Ａが、ベースプレート４をＺ軸方向に所定量移動させるための駆動指令値をＺ軸駆動装置６０に出力し、Ｚ軸駆動装置６０が、制御装置７Ａからの制御に従い（制御装置７Ａから出力される駆動指令値に基づき）、ベースプレート４をＺ軸方向（図３７中、上方向）に所定量移動させることで実現される。
上記ステップＳ９１～Ｓ９３の処理は、目的の３次元造形物が完成するまで繰り返し実行される。
上記ステップＳ９１～Ｓ９３においては、第１のピストン１４が吐出ノズル１８から離れる方向（図１４中、上方向）に移動することにより、樹脂原料被供給室Ｓ１（シリンダ１１内の第１の空間Ｓ１）に供給された樹脂原料Ｍ（樹脂ペレット（複数））が可塑化され、当該可塑化された樹脂原料Ｍである溶融樹脂が、可塑化室Ｓ２（シリンダ１１内の第２の空間Ｓ２）に貯留される。なお、樹脂原料被供給室Ｓ１は、第１のピストン１４に対して吐出ノズル１８側とは反対側（図１４中、上側）に設けられ、可塑化室Ｓ２は、第１のピストン１４に対して吐出ノズル１８側（図１４中、下側）に設けられている。
すなわち、第１のピストン１４の外周面にはＺ軸方向に直線状に延在する複数の溝部１４ｆ（以下、トーピード溝１４ｆと呼ぶ）が形成されており（図７参照）、このトーピード溝１４ｆ（複数）が形成された第１のピストン１４が吐出ノズル１８から離れる方向に移動することにより、当該トーピード溝１４ｆを通過する際の摩擦により樹脂原料Ｍ（樹脂ペレット（複数））が溶融され、その下方の可塑化室Ｓ２に溶融樹脂として貯留される。この可塑化室Ｓ２に貯留された溶融樹脂は、温度制御部３０ｃが第１の加熱部６１を制御することにより、当該可塑化室Ｓ２に貯留された溶融樹脂に適した温度（過熱されず溶融状態が保たれる温度）となるように制御される。
同様に、上記ステップＳ９１～Ｓ９３においては、第２のピストン１５が吐出ノズル１８から離れる方向（図１４中、上方向）に移動することにより、樹脂原料被供給室Ｓ３（シリンダ１２内の第１の空間Ｓ３）に供給された樹脂原料Ｍ（樹脂ペレット（複数））が可塑化され、当該可塑化された樹脂原料Ｍである溶融樹脂が、可塑化室Ｓ４（シリンダ１２内の第２の空間Ｓ４）に貯留される。なお、樹脂原料被供給室Ｓ３は、第２のピストン１５に対して吐出ノズル１８側とは反対側（図１４中、上側）に設けられ、可塑化室Ｓ４は、第２のピストン１５に対して吐出ノズル１８側（図１４中、下側）に設けられている。
すなわち、第２のピストン１５の外周面にはＺ軸方向に直線状に延在する複数の溝部１５ｆ（以下、トーピード溝１５ｆと呼ぶ）が形成されており（図７参照）、このトーピード溝１５ｆ（複数）が形成された第２のピストン１５が吐出ノズル１８から離れる方向に移動することにより、当該トーピード溝１５ｆを通過する際の摩擦により樹脂原料Ｍ（樹脂ペレット（複数））が溶融され、その下方の可塑化室Ｓ４に溶融樹脂として貯留される。この可塑化室Ｓ４に貯留された溶融樹脂は、温度制御部３０ｃが第２の加熱部６２を制御することにより、当該可塑化室Ｓ４に貯留された溶融樹脂に適した温度（過熱されず溶融状態が保たれる温度）となるように制御される。
また、上記ステップＳ９１～Ｓ９３においては、第１のピストン１４が吐出ノズル１８に接近する方向（図１４中、下方向）に移動し可塑化室Ｓ２に貯留された溶融樹脂を加圧することにより、吐出ノズル１８から可塑化室Ｓ２に貯留された溶融樹脂が吐出する。
その際、第１のピストン１４には逆流防止機能（逆止リング１４ｂ。図７、図１４等参照）が設けられているため、可塑化室Ｓ２の溶融樹脂が樹脂原料被供給室Ｓ１に逆流することなく、可塑化室Ｓ２に貯留された溶融樹脂を加圧することができる。
同様に、上記ステップＳ９１～Ｓ９３においては、第２のピストン１５が吐出ノズル１８に接近する方向（図１４中、下方向）に移動し可塑化室Ｓ４に貯留された溶融樹脂を加圧することにより、吐出ノズル１８から可塑化室Ｓ４に貯留された溶融樹脂が吐出する。
その際、第２のピストン１５には逆流防止機能（逆止リング１５ｂ。図７、図１４等参照）が設けられているため、可塑化室Ｓ４の溶融樹脂が樹脂原料被供給室Ｓ３に逆流することなく、可塑化室Ｓ４に貯留された溶融樹脂を加圧することができる。
第１のピストン１４、第２のピストン１５は、交互に（すなわち、逆位相で）吐出ノズル１８に接近する方向に移動し可塑化室Ｓ２、Ｓ４に貯留された溶融樹脂を加圧する。その際、吐出期間が一部ラップ（重複）する。そのため、吐出ノズル１８ａから可塑化室Ｓ２、Ｓ４に貯留された溶融樹脂を途切れることなく連続して吐出させることができる。
＜３Ｄプリンタ３００の動作の詳細＞
次に、実施の形態４の３Ｄプリンタ３００の動作の詳細について説明する。
図４１は、３Ｄプリンタ３００の動作の詳細のフローチャートである。以下の処理は、制御部３０Ａ（プロセッサ）が記憶部２０からメモリ４０（例えば、ＲＡＭ）に読み込まれた所定プログラムを実行することにより実現される。
まず、３Ｄプリント軌跡を生成する（ステップＳ１００）。３Ｄプリント軌跡は、造形軌跡生成部８０が、造形モデルＭＤに対して所定処理を実行することにより生成される。
次に、吐出ノズルを移動させる装置（ＸＹ軸駆動装置５０）に駆動指示値を出力する（ステップＳ１０１）。具体的には、制御装置７Ａ（吐出ノズル制御部３０ｅ）が、射出成形機２Ａ（吐出ノズル１８）を３Ｄプリント軌跡（造形軌跡）に従って移動させるための駆動指令値をＸＹ軸駆動装置５０（ガントリー駆動装置）に出力する。なお、吐出ノズル１８の移動速度は、例えば、図２７のフローチャートに従って入力され（ステップＳ４０）、算出される（ステップＳ４６）。なお、吐出ノズル１８の移動速度（移動開始時の移動速度）としては、初期値として入力されたものを用いてもよいし、データテーブル等の記憶部に記憶されたものを用いてもよい。
これにより、吐出ノズル１８が移動する（ステップＳ１０２）。具体的には、ＸＹ軸駆動装置５０が、制御装置７Ａからの制御に従い（制御装置７Ａから出力される駆動指令値に基づき）、射出成形機２Ａ（吐出ノズル１８）をＸＹ軸方向に移動させる。
次に、吐出ノズル１８の並進速度ＶＲを算出する（ステップＳ１０３）。吐出ノズル１８の並進速度ＶＲは、レーザー測定器等を用いて算出（測定）してもよいし、他の方法で算出してもよい。例えば、互いに異なる２点間の吐出ノズル移動距離／吐出ノズル移動時間により算出してもよい。取得部３０ａは、この算出された吐出ノズル１８の移動速度（並進速度ＶＲ）を取得する。なお、吐出ノズル１８の移動速度（並進速度ＶＲ）は、ＸＹ軸駆動装置５０（ガントリー駆動装置）のコントローラ（図示せず）から取得してもよい。
次に、押し出す流量Ｑｉを算出する（ステップＳ１０４）。押し出す流量Ｑｉとは、吐出ノズル１８から吐出される樹脂ビードＲＢの寸法（例えば、直径）が一定となる流量（指示流量）をいう。押し出す流量Ｑｉは、例えば、次の式２２により算出することができる。
Ｑｉ＝ＶＲ×Ｓ・・・（式２２）
但し、ＶＲはステップＳ１０３で算出され取得された吐出ノズル１８の並進速度、Ｓは吐出ノズル１８から吐出される樹脂ビードＲＢの断面積である。図４２は、押し出す流量Ｑｉと吐出ノズル１８の並進速度ＶＲとの関係を表すグラフである。
次に、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の直進運動の速度Ｖｒを算出する（ステップＳ１０５）。第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の直進運動の速度Ｖｒとは、吐出ノズル１８から吐出する溶融樹脂の流量を押し出す流量Ｑｉ（指示流量）とするための第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の速度、すなわち、指示移動速度をいう。第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の直進運動の速度Ｖｒ（指示移動速度）は、上記式１７により算出することができる。
次に、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）を移動させるアクチュエータへの駆動指示値を出力する（ステップＳ１０６）。具体的には、制御装置７Ａ（ピストン制御部３０ｂ）が、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の移動速度をステップＳ１０５で算出された指示移動速度Ｖｒとするための駆動指令値をピストン直進アクチュエータ駆動装置８１に出力し、ピストン直進アクチュエータ駆動装置８１が、制御装置７Ａからの制御に従い（制御装置７Ａから出力される駆動指令値に基づき）、モータ１６ａ（又はモータ１７ａ）を制御する。
次に、吐出ノズル１８から溶融樹脂が吐出される（ステップＳ１０７）。具体的には、ピストン直進アクチュエータ駆動装置８１が、制御装置７Ａからの制御に従い（制御装置７Ａから出力される駆動指令値に基づき）、モータ１６ａ（又はモータ１７ａ）を制御することにより、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）が吐出ノズル１８に接近する方向（図１４中、下方向）に移動し可塑化室Ｓ２（又は可塑化室Ｓ４）に貯留された溶融樹脂を加圧する。これにより、吐出ノズル１８から溶融樹脂（押し出す流量Ｑｉ分の溶融樹脂）が吐出する。
上記ステップＳ１０１～Ｓ１０７の処理は、目的の３次元造形物が完成するまで繰り返し実行される。例えば、所定時間（例えば、０．１秒）ごとに実行される。その結果、吐出ノズル１８から吐出される樹脂ビードＲＢの寸法が、一定寸法に制御される。
以上のように、吐出ノズル１８の移動速度（並進速度ＶＲ）に基づいて、溶融樹脂が貯留されたシリンダ１１（又はシリンダ１２）内を往復直線運動する第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の直進運動の速度Ｖｒを制御することにより、樹脂ビードＲＢの寸法を一定（略一定）に制御することができる。
＜造形の具体例＞
次に、造形の具体例について説明する。
図４３は、図４１のフローチャートにより造形した３次元造形物Ｏｂ１（積層造形体）の例である。図４３中のＡ、Ｂ、Ｃは、図３７、図３８中のＡ、Ｂ、Ｃに対応する。
図４３を参照すると、樹脂ビードＲＢの寸法は、吐出ノズル１８が動き始めの加速する部分（図４３中の特徴１参照）で目的の太さより細くなり、吐出ノズル１８が減速し加速するＵターン部分（図４３中の特徴３参照）で目的の太さより太くなるものの、吐出ノズル１８が定速で移動する部分（図４３中の特徴２参照）で目的の太さとなることが分かる。
次に、比較例４～５と対比して、実施の形態４の利点についてさらに説明する。
＜比較例４＞
比較例４（米国特許出願公開第２０１８／００５６６０２号明細書）には、次の課題がある。
＜課題１＞
樹脂ビードの寸法を安定させるために、アプリケータヘッドの並進速度の増減に基づいて、押出機スクリューの回転速度とギアポンプのギアの回転速度の両方を調整しなければならない。制御先が２つあるので複雑となり調整に工数とコストがかかる。また、樹脂ビードの寸法を一定とするのに調整限界がある領域がある可能性がある。
この課題１が発生する理由は、次のとおりである。
すなわち、以下の２つの構造の特徴による。第１に、スクリューによる可塑化とギアポンプによる流量調整が同時に行われている。第２に、スクリューとギアポンプが直列に一つの流路でつながっている。
ギアポンプとスクリューが一つの流路でつながっているために、スクリューから出てきた溶融樹脂をすぐにギアポンプで調整しなければならず、両方の回転速度で流量を制御しようとしても調整限界がある場合がある。例えば、アプリケータヘッドの並進速度がごく小さい速度の場合、ギアポンプの回転数を小さい値に調整し、その上流に位置するスクリューの回転数も小さい値とする。あまりにも小さい場合、「溶融エネルギーの大部分は、押出機のスクリューの回転によって生成されるので」（比較例４の詳細な説明５の段落参照）、材料の溶融不足となり流出量が不足するため樹脂ビードが細くなる。
＜課題２＞
溶融樹脂の温度が上昇する問題がある。（流量が極大きい領域で）すると、樹脂が変性し造形不良がでたり、樹脂ビードが固まるまでの時間が長くなり、次の層を造形するまでの時間を後に伸ばす必要があり、造形時間が長くなる課題がある。
この課題２が発生する理由は、次のとおりである。
すなわち、アプリケータヘット゛の並進速度が大きい場合、流量も多く必要となるが、「溶融エネルギーの大部分は、押出機のスクリューの回転によって生成されるので」（比較例４の詳細な説明５の段落参照）、「熱可塑性樹脂のような流動性材料を溶融するために生成される熱エネルギーの量も変化させる。結果的に温度が上昇する・・・」（比較例４の詳細な説明５の段落参照）。
＜課題３＞
ノズルの並進速度の変化率が大きい（加速度が大きい）領域では、流量の立ち上がりに遅れが生じ、樹脂ビードの寸法を一定とするために圧力センサを用いて補償する必要があり制御が複雑化する（比較例４の請求項１４～１６参照）。
この課題３が発生する理由は、次のとおりである。
すなわち、押出機スクリューの回転速度の急速な変化は、溶融した流動性材料の流速の急速な変化に直ちにはならない。押出機のスクリュー速度の変化と、その結果としての溶融材料の流速の変化との間には、実質的な遅れが存在する（比較例４の詳細な説明５の段落参照）。
比較例４に対する実施の形態４の利点は次のとおりである。
すなわち、実施の形態４においては、可塑化と流量調整のタイミングをずらす制御とし、これを実現するため、ギアポンプとスクリューを直列に一つの流路でつながない構造として、ギアポンプとスクリューを用いない方法で、樹脂原料Ｍ（樹脂ペレット）から溶融樹脂を形成し、その流量を調整して吐出することができる。また、溶融樹脂を一旦貯留し温度調整できる。これにより、上記課題１、課題２が解決される。
また、実施の形態４においては、溶融樹脂の実際の吐出流量に基づいて、吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）を制御する。これにより、上記課題３が解決される。
＜比較例５＞
比較例５（特開２０２０－８２５５８号公報）には、次の課題がある。
＜課題１＞
吸引動作を行うための構成要素が多く、制御が複雑化する。その結果、装置のコストアップを招くことになる。
この課題１が発生する理由は、次のとおりである。
すなわち、吸引動作を行うためには次の２つの要素の動作が必要である。第１に、バタフライバルブ７２を閉状態とする。第２に、吸引部７５を制御して引く。
＜課題２＞
アクチュエータが３つ必要で、制御が複雑化する。その結果、装置のコストアップを招くことになる。
この課題２が発生する理由は、次のとおりである。
すなわち、アクチュエータとしてスクリュー駆動用とバタフライバルブ駆動用と吸引部７５駆動用が必要なためである。
＜課題３＞
バタフライバルブ７２を閉状態でスクリューを回し続けると樹脂があふれだしたり、圧が上がり過ぎて、バタフライバルブ７２を次に開いたときに、必要以上の樹脂が吐出孔から出たりする。
＜課題４＞
上記課題３を避けるためにスクリューをとめると、次に出したいときにすぐ出ない。
上記課題３、４が発生する理由は、次のとおりである。
すなわち、押出機（可塑化部）とギアポンプ（流量制御部）が直列に配置されているためである。
比較例５に対する実施の形態４の利点は次のとおりである。
すなわち、実施の形態４においては、可塑化部と流量制御部を同じ部材（第１のピストン１４、第２のピストン１５）で構成し、ピストン１４、１５の前進動作で溶融樹脂を吐出させ、その速度で流量を制御し、後退動作で溶融樹脂を吸引させる。これにより、上記課題１、２が解決される。
また、実施の形態４においては、可塑化部と流量制御部を同じ部材（第１のピストン１４、第２のピストン１５）で構成し、可塑化と吐出を時間的にづらす（まず可塑化し、一旦貯留した溶融樹脂を、後程吐出する）。これにより、上記課題３、４が解決される。
以上説明したように、実施の形態４によれば、吐出ノズル１８から吐出される溶融樹脂の流量の制御性を改善することができる。
これは、押出機（スクリュー）及びギアポンプの両方の回転を制御するのではなく、溶融樹脂が貯留されたシリンダ１１（又はシリンダ１２）内を往復直線運動する第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の移動を制御することにより、溶融樹脂の流量を制御すること（流量制御の単純化）によるものである。
また、実施の形態４によれば、吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）に基づいて、溶融樹脂が貯留されたシリンダ１１（又はシリンダ１２）内を往復直線運動する第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の直進運動の速度Ｖｒを制御することにより、樹脂ビードＲＢの寸法を一定（略一定）に制御することができる。
また、実施の形態４によれば、一旦樹脂原料Ｍを可塑化し貯留した後、往復直線運動する第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）により当該貯留した溶融樹脂を加圧することにより、吐出ノズル１８から溶融樹脂を吐出させることができる。これにより、押出機（スクリュー）及びギアポンプの両方の回転を同時に制御する上記特許文献１と比べ、制御性が改善される。また、樹脂原料Ｍの可塑化（溶融樹脂の生成及び貯留）と貯留された溶融樹脂の流量の制御とを、往復直線運動する第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）で行うことができる。また、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）により樹脂原料Ｍの可塑化と貯留された溶融樹脂の流量の制御とを行うことができるため、樹脂原料Ｍを可塑化するための機構を別途設ける必要がない。
また、実施の形態４によれば、シリンダ１１（又はシリンダ１２）に貯留された溶融樹脂の温度を当該溶融樹脂に適した温度（過熱されず溶融状態が保たれる温度）となるように制御することができる。
また、実施の形態４によれば、シリンダとピストンとの組み合わせを複数（例えば、シリンダ１１と第１のピストン１４との組み合わせ、シリンダ１２と第２のピストン１５との組み合わせ）備えているため、途切れることなく連続して溶融樹脂を吐出させることができる。
また、実施の形態４によれば、吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）の変化率が過度に大きくない範囲内で、より簡単なノズル構造とよりシンプルな制御方法で安定した樹脂ビードＲＢの寸法が得られる３Ｄプリンタ３００を提供することができる。
＜実施の形態５＞
次に、実施の形態５として実施の形態４の３Ｄプリンタ３００の他の動作例１について説明する。
＜３Ｄプリンタ３００の他の動作例１＞
図４４は、３Ｄプリンタ３００の他の動作例１の詳細のフローチャートである。以下の処理は、制御部３０Ａ（プロセッサ）が記憶部２０からメモリ４０（例えば、ＲＡＭ）に読み込まれた所定プログラムを実行することにより実現される。
まず、３Ｄプリント軌跡を生成する（ステップＳ１１０）。３Ｄプリント軌跡は、造形軌跡生成部８０が、造形モデルＭＤに対して所定処理を実行することにより生成される。
次に、吐出ノズルを移動させる装置（ＸＹ軸駆動装置５０）に駆動指示値を出力する（ステップＳ１１１）。具体的には、制御装置７Ａ（吐出ノズル制御部３０ｅ）が、射出成形機２Ａ（吐出ノズル１８）を３Ｄプリント軌跡（造形軌跡）に従って移動させるための駆動指令値をＸＹ軸駆動装置５０（ガントリー駆動装置）に出力する。
これにより、吐出ノズル１８が移動する（ステップＳ１１２）。具体的には、ＸＹ軸駆動装置５０が、制御装置７Ａからの制御に従い（制御装置７Ａから出力される駆動指令値に基づき）、射出成形機２Ａ（吐出ノズル１８）をＸＹ軸方向に移動させる。
次に、吐出ノズル１８の並進速度ＶＲを算出する（ステップＳ１１３）。吐出ノズル１８の並進速度ＶＲは、レーザー測定器等を用いて算出（測定）してもよいし、他の方法で算出してもよい。例えば、互いに異なる２点間の吐出ノズル移動距離／吐出ノズル移動時間により算出してもよい。取得部３０ａは、この算出された吐出ノズル１８の移動速度（並進速度ＶＲ）を取得する。なお、吐出ノズル１８の移動速度（並進速度ＶＲ）は、ＸＹ軸駆動装置５０（ガントリー駆動装置）のコントローラ（図示せず）から取得してもよい。
次に、押し出す流量Ｑｉを算出する（ステップＳ１１４）。押し出す流量Ｑｉとは、吐出ノズル１８から吐出される樹脂ビードＲＢの寸法（例えば、直径）が一定となる流量（指示流量）をいう。押し出す流量Ｑｉは、例えば、次の式２２により算出することができる。
Ｑｉ＝ＶＲ×Ｓ・・・（式２２）
但し、ＶＲはステップＳ１１３で算出され取得された吐出ノズル１８の並進速度、Ｓは吐出ノズル１８から吐出される樹脂ビードＲＢの断面積である。図４２は、押し出す流量Ｑｉと吐出ノズル１８の並進速度ＶＲとの関係を表すグラフである。
次に、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の直進運動の速度Ｖｒを算出する（ステップＳ１１５）。第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の直進運動の速度Ｖｒとは、吐出ノズル１８から吐出する溶融樹脂の流量を押し出す流量Ｑｉ（指示流量）とするための第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の速度、すなわち、指示移動速度をいう。第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の直進運動の速度Ｖｒ（指示移動速度）は、上記式１７により算出することができる。
次に、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）を移動させるアクチュエータへの駆動指示値を出力する（ステップＳ１１６）。具体的には、制御装置７Ａ（ピストン制御部３０ｂ）が、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の移動速度をステップＳ１１５で算出された指示移動速度Ｖｒとするための駆動指令値をピストン直進アクチュエータ駆動装置８１に出力し、ピストン直進アクチュエータ駆動装置８１が、制御装置７Ａからの制御に従い（制御装置７Ａから出力される駆動指令値に基づき）、モータ１６ａ（又はモータ１７ａ）を制御する。
次に、吐出圧力Ｐｒを検知する（ステップＳ１１７）。吐出圧力Ｐｒは、第１の圧力検出部６５、第２の圧力検出部６６により検知（検出）される。
次に、吐出流量（予測流出量ＱＰ）を予測する（ステップＳ１１８）。吐出流量（予測流出量ＱＰ）は、流量予測部３０ｄにより予測（算出）される。予測流出量ＱＰは、上記式１１により算出することができる。
次に、吐出ノズル１８から溶融樹脂が吐出される（ステップＳ１１９）。具体的には、ピストン直進アクチュエータ駆動装置８１が、制御装置７Ａからの制御に従い（制御装置７Ａから出力される駆動指令値に基づき）、モータ１６ａ（又はモータ１７ａ）を制御することにより、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）が吐出ノズル１８に接近する方向（図１４中、下方向）に移動し可塑化室Ｓ２（又は可塑化室Ｓ４）に貯留された溶融樹脂を加圧する。これにより、吐出ノズル１８から溶融樹脂（押し出す流量Ｑｉ分の溶融樹脂）が吐出する。
次に、予測された吐出流量（予測流出量ＱＰ）に基づいて、吐出ノズル１８の並進速度Ｖｉを算出する（ステップＳ１２０）。吐出ノズル１８の並進速度Ｖｉとは、吐出ノズル１８から吐出される樹脂ビードＲＢの寸法（例えば、直径）が一定となる吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）をいう。吐出ノズル１８の並進速度Ｖｉは、例えば、次の式２３により算出することができる。
Ｖｉ＝ＱＰ／Ｓ・・・（式２３）
但し、ＱＰはステップＳ１１８で予測された吐出流量（予測流出量）、Ｓは吐出ノズル１８から吐出される樹脂ビードＲＢの断面積である。図４５は、吐出ノズル１８の並進速度Ｖｉと予測された吐出流量ＱＰ（予測流出量）との関係を表すグラフである。
次に、吐出ノズルを移動させる装置（ＸＹ軸駆動装置５０）に駆動指示値を出力する（ステップＳ１２１）。具体的には、制御装置７Ａ（吐出ノズル制御部３０ｅ）が、射出成形機２Ａ（吐出ノズル１８）をステップＳ１２０で算出された並進速度Ｖｉで移動させるための駆動指令値をＸＹ軸駆動装置５０（ガントリー駆動装置）に出力する。
これにより、吐出ノズル１８が移動する（ステップＳ１２２）。具体的には、ＸＹ軸駆動装置５０が、制御装置７Ａからの制御に従い（制御装置７Ａから出力される駆動指令値に基づき）、射出成形機２Ａ（吐出ノズル１８）をＸＹ軸方向に移動させる。
上記ステップＳ１１３～Ｓ１２２の処理は、目的の３次元造形物が完成するまで繰り返し実行される。例えば、所定時間（例えば、０．１秒）ごとに実行される。その結果、吐出ノズル１８から吐出される樹脂ビードＲＢの寸法が、一定寸法に制御される。
以上のように、吐出ノズル１８の３Ｄプリンタ３００上での移動速度（並進速度）を制御する。その際、吐出ノズル１８から押し出す流量Ｑｉを目標とする吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）に基づいて決定したのち、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の直進運動の速度Ｖｒを制御し、その結果生じる吐出ノズル１８（吐出孔）から出る直前の溶融樹脂の圧力Ｐｒを検知し、その圧力Ｐｒと溶融樹脂の温度とその他の定数とから実際に吐出される流量ＱＰを予測し、その予測流出量ＱＰに基づいて、樹脂ビードＲＢの寸法が一定となるように、３Ｄプリンタ３００上での吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）を制御する。このように、予測された吐出流量ＱＰ（予測流出量）に基づいて、吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）を制御することにより、樹脂ビードＲＢの寸法を一定（略一定）に制御することができる。
＜造形の具体例＞
次に、造形の具体例について説明する。
図４６は、図４４のフローチャートにより造形した３次元造形物Ｏｂ２（積層造形体）の例である。図４６中のＡ、Ｂ、Ｃは、図３７、図３８中のＡ、Ｂ、Ｃに対応する。
図４６を参照すると、樹脂ビードＲＢの寸法は、吐出ノズル１８が減速し加速するＵターン部分（図４６中の特徴２参照）で目的の太さより若干太くなるものの、吐出ノズル１８が動き始めの加速する部分（図４６中の特徴１参照）で目的の太さとなること、吐出ノズル１８が減速し加速するＵターン部分（図４６中の特徴２参照）で実施の形態４のＵターン部分（図４６中の符号Ｏｂ１参照）より細くなることが分かる。
以上説明したように、実施の形態５によれば、吐出ノズル１８から吐出される溶融樹脂の流量の制御性を改善することができる。また、ノズルの加減速時などは指示流量と実際の吐出流量に差異が生じる場合があるが、この場合でも、実際の吐出流量に基づいて、吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）を制御するので常に安定した樹脂ビードＲＢの寸法が得られる３Ｄプリンタ３００を提供することができる。その他、実施の形態５によれば、実施の形態４と同様の効果を奏することができる。
また、実施の形態５によれば、予測された吐出流量に基づいて、吐出ノズル１８の移動速度を制御することにより、樹脂ビードＲＢの寸法を一定（略一定）に制御することができる。
＜実施の形態６＞
次に、実施の形態６として実施の形態４の３Ｄプリンタ３００の他の動作例２について説明する。
＜３Ｄプリンタ３００の他の動作例２＞
図４７は、３Ｄプリンタ３００の他の動作例２の詳細のフローチャートである。以下の処理は、制御部３０Ａ（プロセッサ）が記憶部２０からメモリ４０（例えば、ＲＡＭ）に読み込まれた所定プログラムを実行することにより実現される。
まず、３次元造形物造形処理を実行する（ステップＳ１３０）。３次元造形物造形処理は、３Ｄプリンタ３００により、目的の３次元造形物を造形する処理であり、例えば、図２７のフローチャートの処理、図４１のフローチャートの処理、図４４のフローチャートの処理である。
この３次元造形物造形処理に続いて、所定タイミングか否かを判定する（ステップＳ１３１）。所定タイミングについては、後述の所定タイミングの具体例１、２で説明する。ステップＳ１３１の判定の結果、所定タイミングである場合（ステップＳ１３１：ＹＥＳ）、漏れ抑制処理を実行する（ステップＳ１３２）。
＜漏れ抑制処理＞
漏れ抑制処理は、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）を引き戻し方向（第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）が吐出ノズル１８から離れる方向）に所定量移動させる処理である。引き戻しの移動量（所定量）については、後述の所定タイミングの具体例１、２で説明する。
上記ステップＳ１３０～Ｓ１３２の処理は、３次元造形物造形処理が終了するまで（ステップＳ１３３：ＹＥＳ）繰り返し実行される。
＜所定タイミングの具体例１＞
所定タイミングの具体例１は、溶融樹脂を吐出しながらＸＹ軸方向に移動している吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）が０以外から０に変化したタイミング（移動する吐出ノズル１８が停止したタイミング）である。
＜引き戻しの移動量の具体例＞
第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の引き戻しの移動量X(mm)は、次の式２４を満たす値であることが望ましい。
Pt×V0／K／S ＜ X ≦ (Pt+0.1)×V0／K／S・・・（式２４）
但し、Pt（大気圧との相対圧力で単位MPa）は引き戻す直前の溶融樹脂の圧力、V0 (mm3)は可塑化室の容積、K(MPa)は溶融樹脂の体積弾性率、S(mm2)は第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の断面積、0.1(MPa)は大気圧である。
この式２４は次の２つの式２５、式２６により導出される。
ΔV＝X×S・・・（式２５）
Pt+0.1＝ΔV／V0×K・・・（式２６）
所定タイミングの具体例１によれば、ステップＳ１３２における第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の引き戻し方向への移動量X（本発明の所定量の一例）が上記式２４の「Pt×V0／K／S ＜ X」を満たすことにより、吐出ノズル１８（吐出孔）内の溶融樹脂の圧力が吐出ノズル１８の外の圧力（樹脂圧力。大気圧）より低くなるため、溶融樹脂が大気圧により押され、吐出ノズル１８（吐出孔）に引っ込められるため、吐出ノズル１８（吐出孔）から溶融樹脂が漏れることが抑制される。これにより、残圧や重力等により溶融樹脂が吐出され続けるのを抑制（漏れ抑制）することができる。その結果、樹脂ビードＲＢの寸法を一定（略一定）に制御することができる。
一方、ステップＳ１３２における第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の引き戻し方向への移動量Xが上記式２４の「X ≦ （Pt+0.1）×V0／K／S」を満たすことにより、吐出ノズル１８（吐出孔）内や可塑化室Ｓ２（又は可塑化室Ｓ４）内の溶融樹脂の圧力が(大気圧‐0.lMPa)すなわち絶対真空、以下になることはないため、可塑化室Ｓ２（又は可塑化室Ｓ４）内にエアを巻き込んだり、気泡が生じたりして次の造形のタイミングで欠陥が発生することが抑制される。
すなわち、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）を引き戻し方向へ移動量Ｘ移動させた場合に発生する差圧（吐出ノズル１８外の圧力－吐出ノズル１８内の圧力）が大気圧（例えば、0.1MPa）を超えないようにすることで、可塑化室Ｓ２（又は可塑化室Ｓ４）内にエアを巻き込んだり、気泡が生じたりするのを抑制することができる。これは、本発明者が経験的に見出した、可塑化室Ｓ２（又は可塑化室Ｓ４）内にエアを巻き込んだり、気泡が生じたりするのを抑制するための条件である。
なお、移動量X(mm)を求める際の、引き戻す直前の溶融樹脂の圧力Ptは圧力検出部６５、６６（圧力センサ）で求めた値でもよいし、流量を得るためのターゲット圧力の概ねの値でもよいし、毎回算出するターゲット圧力でもよい。
また、可塑化室Ｓ２（又は可塑化室Ｓ４）の容積は第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）を駆動するアクチュエータにつけられたポテンシオメータなどの位置検出手段から得る値とデッドボリュームと第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の断面積とから計算することができる。
また、溶融樹脂の体積弾性率はデータテーブルにある対応する樹脂の値を持ってきてもよいし、一般的な樹脂を代表する概ねの値でもよい。大気圧は天候によらず0.1MPaでよい。
上記引き戻しの移動量の具体例１によれば、残圧や重力等により溶融樹脂が吐出され続けるのを抑制することができる。その結果、樹脂ビードＲＢの寸法を一定（略一定）に制御することができる。
＜所定タイミングの具体例２＞
所定タイミングの具体例２は、溶融樹脂を吐出しながらＸＹ軸方向に移動している吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）が０（ゼロ）以外から０に変化する（移動する吐出ノズル１８が停止する）と予測されるタイミングより所定時間前のタイミングである。
吐出ノズル１８の移動速度が０以外から０に変化すると予測されるタイミングは、例えば、造形軌跡生成部８０等から事前に取得される、吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）が０となるタイミングである。そのタイミングより所定時間前に第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）を引き戻し始める。所定時間は、上記式２４で求めた引き戻しの移動量X(mm)を移動するのに要する時間である。
所定タイミングの具体例２によれば、吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）が０以外から０に変化するタイミング（移動する吐出ノズル１８が停止するタイミング）と同じタイミングで、残圧や重力等により溶融樹脂が吐出され続けるのを抑制することができる（吐出ノズル１８から吐出される溶融樹脂の流量を０（ゼロ）にできる）。その結果、例えば、終点で樹脂ビードＲＢが目的の寸法より太くなるのを抑制することができる。
＜第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の引き戻し動作の速度＞
上記所定タイミングの具体例１、２においては、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の引き戻し動作の速度は、十分早くするのが望ましい。ここで、「十分」とは、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）に設けられた溶融樹脂の逆流防止機能の部分（逆止リング１４ｂ、１５ｂ。図７、図１４等参照）を通じて、引き戻し動作中に樹脂原料被供給室Ｓ１（又は樹脂原料被供給室Ｓ３）から可塑化室Ｓ２（又は可塑化室Ｓ４）にエアが入り込んでこない程度である。この「程度」は、溶融樹脂の粘度と逆流防止機能を構成する部品の隙間や慣性モーメントなどから計算してもよいし、可塑化実験などで求めてもよい。
このようにすれば、可塑化室Ｓ２（又は可塑化室Ｓ４）内にエアを巻き込んだり、気泡が生じたりして次の造形のタイミングで欠陥を生成することが抑制される。
＜逆止弁１３ｂ＞
図４８は、吐出ノズル１８近傍の拡大断面図である。
図４８に示すように、樹脂吐出ユニット（第１のピストン１４又は第２のピストン１５）においては、可塑化室Ｓ２、Ｓ４と吐出ノズル１８（吐出孔）との間に逆止弁１３ｂが設けられている。
逆止弁１３ｂはシール面１３ｋとそれに密着して溶融樹脂の流路を閉鎖するチェックボール１３ｅと、チェックボール１３ｅをシール面１３ｋに押さえつけるスプリング１３ｆ（本発明の弾性部材の一例）で構成されている。可塑化室Ｓ２（又は可塑化室Ｓ４）の圧力と吐出ノズル１８（吐出孔）手前の圧力の差が開弁圧を超えると、チェックボール１３ｅはスプリング１３ｆ側に押されてストローク（図４８中の符号Ｓ参照）し、溶融樹脂の流路が開く開位置（図４８中、左側のチェックボール１３ｅの位置参照）に位置する。
チェックボール１３ｅは、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）が吐出ノズル１８に接近する方向に移動しシリンダ１１（又はシリンダ１２）内の溶融樹脂を加圧する圧力が所定圧力を超えた場合、スプリング１３ｆを弾性変形させつつ溶融樹脂の流路が閉鎖される閉位置から溶融樹脂の流路が開く開位置（図４８中、左側のチェックボール１３ｅの位置参照）に移動し、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）が吐出ノズル１８から離れる方向に移動した場合、スプリング１３ｆが弾性変形前の形状に戻る復元力により開位置から閉位置（図４８中、右側のチェックボール１３ｅの位置参照）に移動する。
チェックボール１３ｅのストロークＳは、次の式２７を満たすように決められる。
(S×π/4×Dc2)／Vd×K＞Pt・・・（式２７）
但し、Dcはチェックボールの直径、Vdはデッドボリューム、Kは溶融樹脂の体積弾性率である。
より有効に機能するように、チェックボール１３ｅの上下流間には絞り１３ｍが設けられている（図４８参照）。絞り１３ｍとは、上下流（逆止弁１３ｂが収容される収容部１３ｄ）のうち上部１３ｄ１と下部１３ｄ２との間の部分で、上部１３ｄ１の断面積Ｓ１３ｄ（及び下部１３ｄ２の断面積Ｓ１３ｄ）と比べ、断面積Ｓ１３ｍ（ＸＹ平面に対して平行な平面上の断面積）が小さい部分のことをいう。
上記構成の逆止弁１３ｂによれば、次の作用効果を奏する。
第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）引き戻し操作時、可塑化室Ｓ２（又は可塑化室Ｓ４）の圧力が下がると、吐出ノズル１８（吐出孔）との間の差圧により、チェックボール１３ｅは上方に移動し、シール面１３ｋに当たると、すなわち、チェックボール１３ｅが溶融樹脂の流路を閉鎖する閉位置（図４８中、左側のチェックボール１３ｅの位置参照）に位置すると、そこから溶融樹脂は吸い出されないため、それ以降、吐出ノズル１８（吐出孔）出口直前付近の圧力は変わらない。チェックボール１３ｅのストロークＳが過度に小さいと直ぐに閉鎖してしまい、狙い通りに吐出ノズル１８（吐出孔）付近の圧力が下がらず、溶融樹脂が残圧により漏れ出してしまう恐れがある。
ここで、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）引き戻し操作時の吐出ノズル１８（吐出孔）出口直前付近の圧力を決めるメカニズムを考えると、１つはチェックボール１３ｅが閉まるまでの間に可塑化室Ｓ２（又は可塑化室Ｓ４）側に移動する吸い出される量Qと、もう一つは、チェックボール１３ｅが上方にストロークＳ分移動することによる、容積の増大ΔVのそれぞれにより、圧力低下量ΔPが決まる。次の式２８にその関係を示す。
ΔP ＝ （Q＋ ΔV ）／Vd×K・・・（式２８）
ΔV ＝ S×π/4×Dc2・・・（式２９）
ここで、Qはチェックボール１３ｅが作動するまでの一瞬で決まる量であり、値の算出が難しいため、最悪を想定した０（ゼロ）とすると、上記式２９を用いてΔPを求めると、次の式３０となる。
ΔP=(S×π/4×Dc2)／Vd×K・・・（式３０）
圧力低下量ΔPは吐出孔出口直前付近の圧力Ptより大きくしなければ、残圧が残るため、次の式３１の関係となる。
ΔP＞Pt・・・（式３１）
上記式３０、式３１より、上記式２７を求めることができる。
次に、比較例６と対比して、実施の形態６の利点についてさらに説明する。
＜比較例６＞
比較例６（米国特許出願公開第２０１９／０３２２０４４号明細書）には、次の課題がある。
＜課題１＞
狙った外形より、はみ出した部分がある造形体が出来てしまう。スクリューとギアポンプの速度をノズルの並進速度に合わせて調整し、樹脂ビードの寸法を安定させ、所望の重複量を比較例６のＦｉｇ.６の符号１０１が示す範囲では得ることが出来る（比較例６「詳細な説明」[0066]参照）。
しかしながら、樹脂ビードの終点と反転点（３Ｄプリントで必ず存在する）では樹脂ビードが過度に重複してしまうため、その分は、はみだす部分となる。図５１は、比較例６の課題１を図示した図である。図５１中、一点鎖線の矢印ＡＲ２は、吐出ノズルの軌跡を表す。また、ハッチング領域ＨＡ２は、樹脂ビードＲＢが重なった部分を表す。
この課題１が発生する理由は、次のとおりである。
すなわち、反転点と終点ではノズル速度が０（ゼロ）となるが、止まった瞬間に溶融樹脂の吐出流量を０としたいが、比較例６のノズル構造ではできず、しばらく出続けるためである。これは比較例６のＦｉｇ．２に示すように、スクリュー６０から送られた溶融樹脂はギアポンプ７４で調整され、導管５２を通じ、アプリケータヘッド４３に送られ樹脂ビードとなるためである。すなわち、ノズル速度が０に対応し、ギアポンプの回転を止めても、導管内に残る残圧と、溶融樹脂自体の自重によりかなりの量が出続けるためである。
比較例６に対する実施の形態６の利点は次のとおりである。
すなわち、実施の形態６においては、溶融樹脂を第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）で押し出して吐出と流量調整出来る構造の吐出ノズル１８（図４８参照）とし、吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）０の時、すぐさま流量を０とするため、吐出圧力を負圧（外気圧より小さい圧力）となるよう、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）を引き戻す。これにより、上記課題１が解決される。
図５２は、実施の形態６の利点及び比較例６の課題１を図示した図である。
実施の形態６においては、図５２に示す反転点や終点のような移動速度（並進速度）が０（ゼロ）となる部位の手前から、吐出動作を行っていた方のピストン（第１のピストン１４又は第２のピストン１５）は引き戻す制御とし、引き戻す移動量は、吐出ノズル（吐出孔）直前の溶融樹脂の圧力が吐出ノズル外の圧力より小さく、大気圧以下にならないようにするので、溶融樹脂が大気圧に押されて引っ込められるため漏れない上に、可塑化室Ｓ２、Ｓ４内にエアを巻き込んだり、気泡が生じたりして次の造形のタイミングで欠陥を生成することがない。また、幾何学的な樹脂ビードＲＢの重なり部では一旦積層した樹脂ビードＲＢを吸い取ることではみ出すことがない。図５２を参照すると、実施の形態６の３次元造形体の外形が狙った外形とほぼ一致することが分かる。
これに対して、比較例６においては、図５２に示すように、樹脂ビードの終点と反転点では樹脂ビードが過度に重複してしまい、狙った外形からはみ出す部分（図５２中、符号ＨＡ３が示すハッチング領域参照）ができることが分かる。
以上説明したように、実施の形態６によれば、吐出ノズル１８から吐出される溶融樹脂の流量の制御性を改善することができる。その他、実施の形態６によれば、実施の形態４、５と同様の効果を奏することができる。
また、実施の形態６によれば、所定タイミングで、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）が吐出ノズル１８から離れる方向に所定量移動するように第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）を制御することにより、吐出圧力を負圧（例えば、外気圧より小さい圧力）にすることができる。これにより、残圧や重力等により溶融樹脂が吐出され続けるのを抑制することができる。その結果、樹脂ビードＲＢの寸法を一定（略一定）に制御することができる。
また、実施の形態６によれば、吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）が０以外から０に変化したタイミング（移動する吐出ノズルが停止したタイミング）で吐出圧力を負圧（例えば、外気圧より小さい圧力）にすることができる。
また、実施の形態６によれば、吐出ノズル１８内の樹脂圧力が吐出ノズル１８外の樹脂圧力より低くなることにより、残圧や重力等により溶融樹脂が吐出され続けるのを抑制することができる。また、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）を引き戻し方向へ移動量Ｘ移動させた場合に発生する差圧（吐出ノズル１８外の圧力－吐出ノズル１８内の圧力）が大気圧（例えば、0.1MPa）を超えないようにすることで、可塑化室Ｓ２（又は可塑化室Ｓ４）内にエアを巻き込んだり、気泡が生じたりするのを抑制することができる。
また、実施の形態６によれば、吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）が０以外から０に変化する（移動する吐出ノズル１８が停止する）と予測されるタイミングより前の所定時間の間、吐出圧力を負圧（例えば、外気圧より小さい圧力）にすることができる。
また、実施の形態６によれば、吐出ノズル１８の移動速度（並進速度）が０以外から０に変化するタイミング（移動する吐出ノズル１８が停止するタイミング）と同じタイミングで、残圧や重力等により溶融樹脂が吐出され続けるのを抑制することができる（吐出ノズル１８から吐出される溶融樹脂の流量を０（ゼロ）にできる）。
また、実施の形態６によれば、吐出ノズル１８から離れる方向への第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の移動速度を、樹脂原料被供給室Ｓ１（又は樹脂原料被供給室Ｓ３）から可塑化室Ｓ２（可塑化室Ｓ４）にエアが流入しない速度とすることにより、
可塑化室Ｓ２（可塑化室Ｓ４）へのエアの混入を防止することができる。
また、実施の形態６（他の実施形態も同様）によれば、シリンダ１１（又はシリンダ１２）内を往復直線運動する第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の移動に応じてチェックボール１３ｅが自動的に開位置又は閉位置に移動することにより、吐出ノズル１８から吐出される溶融樹脂の流量を制御することができる。これによっても、吐出ノズル１８から吐出される溶融樹脂の流量の制御性を改善することができる。
＜実施の形態７＞
次に、実施の形態７として実施の形態４の３Ｄプリンタ３００の他の動作例３について説明する。
＜３Ｄプリンタ３００の他の動作例３の詳細＞
図４９は、３Ｄプリンタ３００の他の動作例３の詳細のフローチャートである。以下の処理は、制御部３０Ａ（プロセッサ）が記憶部２０からメモリ４０（例えば、ＲＡＭ）に読み込まれた所定プログラムを実行することにより実現される。
まず、３次元造形物造形処理を実行する（ステップＳ１４０）。３次元造形物造形処理は、３Ｄプリンタ３００により、目的の３次元造形物を造形する処理であり、例えば、図２７のフローチャートの処理、図４１のフローチャートの処理、図４４のフローチャートの処理である。
ここでは、図５０に示すように、始点Ｐ１、反転点Ｐ２ａ、Ｐ２ａ、終点Ｐ３を通過する樹脂ビードＲＢにより３次元造形物Ｏｂ３（積層造形体）が造形されるものとする。図５０は、図４９のフローチャートにより造形した３次元造形物Ｏｂ３（積層造形体）の例である。図５０中、一点鎖線の矢印ＡＲ１は、吐出ノズル１８の軌跡を表す。また、ハッチング領域ＨＡ１は、樹脂ビードＲＢが重なった部分を表す。
この３次元造形物造形処理に続いて、溶融樹脂を吐出しながらＸＹ軸方向に移動している吐出ノズル１８の現在位置が反転点（又は終点）か否かを判定する（ステップＳ１４１）。ステップＳ１４１の判定の結果、吐出ノズル１８の現在位置が反転点（又は終点）である場合（ステップＳ１４１：ＹＥＳ）、樹脂ビード吸引処理を実行する（ステップＳ１４２）。
＜樹脂ビード吸引処理＞
樹脂ビード吸引処理は、３次元造形物のうち一旦積層された未硬化の樹脂ビードＲＢ（例えば、樹脂ビードＲＢが重なった部分の樹脂ビードＲＢ）を吸引する処理である。これは、ピストン制御部３０ｂが、吐出ノズル１８の出口と３次元造形物とが流体的につながった状態で、第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）が吐出ノズル１８から離れる方向（引き戻し方向）に所定量（以下の式３２を満たす移動量X）移動するように第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）を制御することにより実現される。
前提として、吐出ノズル１８（吐出孔）の出口と３次元造形物（積層造形体）とは、流体的につながるほど近くに配置される。これは、例えば、吐出ノズル制御部３０ｅが、吐出ノズル１８の出口と３次元造形物とが流体的につながるように、ＸＹ軸駆動装置５０（ガントリー駆動装置）を制御することによりベースプレート４に対して吐出ノズル１８を相対的に移動させることにより実現される。流体的につながった状態とは、固化前の溶融樹脂でつながった状態をいう。例えば、図５３中、吐出ノズル１８（吐出孔１８ａ）から近い範囲（図５３中符号Ｌ１が示す範囲参照）内の溶融樹脂ＲＢＬ１は固化しておらず流体的につながった状態である。一方、吐出ノズル１８（吐出孔１８ａ）から遠い範囲（図５３中符号Ｌ２が示す範囲参照）内の溶融樹脂ＲＢＬ２は固化しており流体的につながった状態ではない。図５３は、流体的に繋がった状態を説明する図である。
＜引き戻しの移動量の具体例＞
第１のピストン１４（又は第２のピストン１５）の引き戻しの移動量X(mm)は、次の式３２を満たす値であることが望ましい。
X ≧ (Pt+0.1)×V0／K／S・・・（式３２）
上記ステップＳ１４０～Ｓ１４２の処理は、３次元造形物造形処理が終了するまで（ステップＳ１４３：ＹＥＳ）繰り返し実行される。
これにより、反転点Ｐ２ａ、Ｐ２ｂのような、幾何学的に樹脂ビードＲＢの重なりが避けられない部位で樹脂ビードＲＢがはみ出したり造形高さが増加するのを抑制することができる。
また、吐出ノズル１８が停止する終点Ｐ３のような部位では通常部よりも細い形状を提供することができる（造形形状自由度の向上）。
以上説明したように、実施の形態７によれば、吐出ノズル１８から吐出される溶融樹脂の流量の制御性を改善することができる。その他、実施の形態６によれば、実施の形態４、５と同様の効果を奏することができる。
また、実施の形態７によれば、３次元造形物のうち一旦積層された未硬化の樹脂ビードＲＢ（例えば、樹脂ビードＲＢが重なった部分の樹脂ビードＲＢ）を吸引することができる。その結果、樹脂ビードＲＢの寸法を一定（略一定）に制御することができる。
＜変形例＞
次に、変形例について説明する。
上記実施の形態４～７では、本発明の３次元積層物造形装置を、シリンダとピストン（トーピード）との組み合わせを複数（シリンダ１１、第１のピストン１４、及びシリンダ１２、第２のピストン１５）備えた射出成形機２Ａを備えた３Ｄプリンタに適用した例について説明したが、これに限らない。例えば、本発明の３次元積層物造形装置を、シリンダとピストン（トーピード）との組み合わせを１つ備えた射出成形機を備えた３Ｄプリンタ（図示せず）に適用してもよい。すなわち、本発明の３次元積層物造形装置は、シリンダとピストン（トーピード）との組み合わせの数を特に限定しない。
上記実施の形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、任意の処理を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
１ 射出成形装置
２ 射出成形機
３ 供給装置
３１ 排気部、３１ａ 排気路、３１ｂ 排気孔、３１ｃ 排気弁
３２ ホッパ（３２ａ 第１のホッパ、３２ｂ 第２のホッパ）
３３ 加圧部
３４ 第２の制御部
３５ 排気管
３６ 第１の供給管
３７ 第２の供給管
３８ 第１の接続管
３９ 第２の接続管
４ テーブル
５ 移動装置
５１ ガントリー装置
５２ 昇降装置
５３ 第３の制御部
６ 加熱装置
６１ 第１の加熱部
６２ 第２の加熱部
６２ａ シートヒータ
６２ｂ 伝熱部材
６３ 温度検出部
６４ 第４の制御部
７ 制御装置
８ 冷却部、８ａ 貫通孔、８ｂ 冷却路
１１ 第１のシリンダ、１１ａ 閉塞部、１１ｂ 側壁部、１１ｃ 貫通孔、１１ｄ 供給孔
１２ 第２のシリンダ、１２ａ 閉塞部、１２ｂ 側壁部、１２ｃ 貫通孔、１２ｄ 供給孔
１３ 端部プレート
１３ａ 本体部
１３ｂ 逆止弁、１３ｅ チェックボール、１３ｆ スプリング
１３ｃ 貫通孔
１３ｄ 収容部
１３ｇ ボルト孔
１３ｈ ボルト
１４ 第１のピストンユニット
１４ａ トーピードピストン
１４ｂ 逆止リング
１４ｃ ストッパ、１４ｇ リング部、１４ｈ 引っ掛け部
１４ｄ 加圧ピストン
１４ｅ 付勢手段
１４ｆ 溝部
１４ｉ シール部材
１４ｊ 侵入部
１５ 第２のピストンユニット
１５ａ トーピードピストン
１５ｂ 逆止リング
１５ｃ ストッパ、１５ｇ リング部、１５ｈ 引っ掛け部
１５ｄ 加圧ピストン
１５ｅ 付勢手段
１５ｆ 溝部
１５ｉ シール部材
１５ｊ 侵入部
１６ 第１の駆動部、１６ａ モータ、１６ｂ ネジ軸、１６ｃ スライダ、１６ｄ ロッド、１６ｅ ケース、１６ｆ エンコーダ、１６ｈ、１６ｉ 貫通孔
１７ 第２の駆動部、１７ａ モータ、１７ｂ ネジ軸、１７ｃ スライダ、１７ｄ ロッド、１７ｅ ケース、１７ｆ エンコーダ、１７ｈ、１７ｉ 貫通孔
１８ 射出部、１８ａ 射出口、１８ｂ 第１の分岐路、１８ｃ 第２の分岐路、１８ｄ リテーリングナット、１８ｅ 第１のプレート、１８ｆ 第２のプレート
１９ 第１の制御部
Ｍ 樹脂原料
Ｒ 溶融樹脂
Ｓ１ 第１のシリンダの第１の空間
Ｓ２ 第１のシリンダの第２の空間
Ｓ３ 第２のシリンダの第１の空間
Ｓ４ 第２のシリンダの第２の空間

Claims (20)

  1. 溶融樹脂を貯留するシリンダと、
    前記シリンダに連通した吐出ノズルと、
    前記シリンダ内を往復直線運動するピストンであって、前記吐出ノズルに接近する方向に移動し前記シリンダ内の前記溶融樹脂を加圧することにより、前記吐出ノズルから前記溶融樹脂を吐出させるピストンと、を備え、前記吐出ノズルから吐出される前記溶融樹脂である樹脂ビードをテーブル上に積層することで、３次元造形物を造形する３次元積層物造形装置であって、
    前記テーブルに対して前記吐出ノズルを相対的に移動させる移動部と、
    前記吐出ノズルの移動速度を取得する取得部と、
    前記ピストンの移動を制御するピストン制御部と、を備え、
    前記ピストン制御部は、前記吐出ノズルの移動速度に基づいて、前記ピストンの移動を制御する３次元積層物造形装置。
  2. 前記ピストン制御部は、前記吐出ノズルの移動速度に基づいて、前記樹脂ビードの寸法が一定となるように、前記ピストンの移動速度を制御する請求項１に記載の３次元積層物造形装置。
  3. 前記ピストンに対して前記吐出ノズル側とは反対側の前記シリンダ内の空間は、樹脂原料が供給される樹脂原料被供給室であり、
    前記ピストンに対して前記吐出ノズル側の前記シリンダ内の空間は、前記溶融樹脂を貯留する可塑化室であり、
    前記ピストンは、前記吐出ノズルから離れる方向に移動することにより、前記樹脂原料被供給室に供給された前記樹脂原料を可塑化して当該可塑化された樹脂原料である前記溶融樹脂を前記可塑化室に貯留し、前記吐出ノズルに接近する方向に移動し前記可塑化室に貯留された前記溶融樹脂を加圧することにより、前記可塑化室に貯留された前記溶融樹脂を前記吐出ノズルから吐出させる請求項１又は２に記載の３次元積層物造形装置。
  4. 前記ピストン制御部は、前記吐出ノズルから吐出される前記溶融樹脂の流量が、前記吐出ノズルの移動速度×前記樹脂ビードの断面積になるように、前記ピストンの移動速度を制御する請求項１から３のいずれか１項に記載の３次元積層物造形装置。
  5. 前記シリンダに貯留された前記溶融樹脂の温度を制御する温度制御部をさらに備える請求項１から４のいずれか１項に記載の３次元積層物造形装置。
  6. 前記吐出ノズルから吐出される前記溶融樹脂の吐出流量を予測する流量予測部と、
    前記吐出ノズルの移動を制御する吐出ノズル制御部と、を備え、
    前記吐出ノズル制御部は、前記予測された吐出流量に基づいて、前記樹脂ビードの寸法が一定となるように、前記移動部を制御することにより前記吐出ノズルの移動速度を制御する請求項１から５のいずれか１項に記載の３次元積層物造形装置。
  7. 前記吐出ノズル制御部は、前記吐出ノズルの移動速度が、前記予測された吐出流量／前記樹脂ビードの断面積になるように、前記移動部を制御することにより前記吐出ノズルの移動速度を制御する請求項６に記載の３次元積層物造形装置。
  8. 前記ピストン制御部は、所定タイミングで、前記ピストンが前記吐出ノズルから離れる方向に所定量移動するように前記ピストンを制御する請求項１から７のいずれか１項に記載の３次元積層物造形装置。
  9. 前記所定タイミングは、前記吐出ノズルの移動速度が０以外から０に変化したタイミングである請求項８に記載の３次元積層物造形装置。
  10. 前記所定量は、前記吐出ノズル内の樹脂圧力が前記吐出ノズル外の樹脂圧力より低くなる量である請求項９に記載の３次元積層物造形装置。
  11. 前記所定タイミングは、前記吐出ノズルの移動速度が０以外から０に変化すると予測されるタイミングより所定時間前のタイミングである請求項８に記載の３次元積層物造形装置。
  12. 前記所定量は、前記吐出ノズル内の樹脂圧力が前記吐出ノズル外の樹脂圧力より低くなる量である請求項１１に記載の３次元積層物造形装置。
  13. 前記所定時間は、前記ピストンが前記所定量移動するのに要する時間である請求項１１又は１２に記載の３次元積層物造形装置。
  14. 前記吐出ノズルから離れる方向への前記ピストンの移動速度は、前記樹脂原料被供給室から可塑化室にエアが流入しない速度である請求項８から１３のいずれか１項に記載の３次元積層物造形装置。
  15. 前記可塑化室と前記吐出ノズルとの間に配置され、前記可塑化室と前記吐出ノズルとを連通する前記溶融樹脂の流路を開く開位置又は当該流路を閉鎖する閉位置に位置するチェックボールと、
    弾性力により前記チェックボールを前記閉位置に位置させる弾性部材と、をさらに備え、
    前記チェックボールは、前記ピストンが前記吐出ノズルに接近する方向に移動し前記シリンダ内の前記溶融樹脂を加圧する圧力が所定圧力を超えた場合、前記弾性部材を弾性変形させつつ前記閉位置から前記開位置に移動し、前記ピストンが前記吐出ノズルから離れる方向に移動した場合、前記弾性部材が弾性変形前の形状に戻る復元力により前記開位置から前記閉位置に移動する請求項１から１４のいずれか１項に記載の３次元積層物造形装置。
  16. 前記ピストン制御部は、前記吐出ノズルの出口と前記３次元造形物とが流体的につながった状態で、前記ピストンが前記吐出ノズルから離れる方向に所定量移動するように前記ピストンを制御することにより、前記３次元造形物のうち未硬化の前記樹脂ビードを吸引する請求項１から１５のいずれか１項に記載の３次元積層物造形装置。
  17. 前記シリンダと前記ピストンとの複数の組み合わせを備えている請求項１から１６のいずれか１項に記載の３次元積層物造形装置。
  18. 溶融樹脂を貯留するシリンダと、
    前記シリンダに連通した吐出ノズルと、
    前記シリンダ内を往復直線運動するピストンであって、前記吐出ノズルに接近する方向に移動し前記シリンダ内の前記溶融樹脂を加圧することにより、前記吐出ノズルから前記溶融樹脂を吐出させるピストンと、を備え、前記吐出ノズルから吐出される前記溶融樹脂である樹脂ビードをテーブル上に積層することで、３次元造形物を造形する３次元積層物造形装置における３次元造形物造形方法であって、
    前記３次元積層物造形装置は、前記テーブルに対して前記吐出ノズルを相対的に移動させる移動部をさらに備え、
    前記吐出ノズルの移動速度を取得する取得ステップと、
    前記ピストンの移動を制御するピストン制御ステップと、を備え、
    前記ピストン制御ステップは、前記吐出ノズルの移動速度に基づいて、前記ピストンの移動を制御する３次元積層物造形方法。
  19. 前記吐出ノズルから吐出される前記溶融樹脂の吐出流量を予測する流量予測ステップと、
    前記吐出ノズルの移動を制御する吐出ノズル制御ステップと、を備え、
    前記吐出ノズル制御ステップは、前記予測された吐出流量に基づいて、前記樹脂ビードの直径が一定となるように、前記移動部を制御することにより前記吐出ノズルの移動速度を制御する請求項１８に記載の３次元積層物造形方法。
  20. 前記ピストン制御ステップは、所定タイミングで、前記ピストンが前記吐出ノズルから離れる方向に所定量移動するように、前記ピストンを制御する請求項１８又は１９に記載の３次元積層物造形方法。
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