(57)【要約】【課題】予め撚られた連続繊維の束に樹脂を含浸させることで造形材を得る場合と比して、強度の高い造形材を得ることができる含浸装置、及び造形装置を得る。【解決手段】含浸部では、回転軸に沿って移動するように案内部によって案内された連続繊維の束に回転部によって溶融して回転する樹脂を含浸させながら、連続繊維の束が撚られる。【選択図】図１
2020104473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融した樹脂を回転させながら回転軸に沿って搬送する回転部と、
連続繊維の束を、前記回転軸に沿って移動するように案内する案内部と、
前記回転軸に沿って移動するように前記案内部によって案内された前記連続繊維の束に、前記回転部によって回転する樹脂を含浸させながら前記連続繊維の束を撚る含浸部と、
を備える含浸装置。
【請求項２】
前記回転部は、前記回転軸を中心に回転する螺旋状の羽根である請求項１に記載の含浸装置。
【請求項３】
溶融した樹脂によって囲まれるように、前記螺旋状の羽根が配置されている請求項２に記載の含浸装置。
【請求項４】
前記連続繊維の束の移動方向において前記含浸部の上流側で、前記案内部が、前記連続繊維の束を前記回転軸に沿った姿勢に矯正することで、前記回転軸に沿って前記連続繊維の束が移動する請求項１〜３の何れか１項に記載の含浸装置。
【請求項５】
前記案内部は、前記回転軸を中心とする貫通孔を有し、前記貫通孔を前記連続繊維の束が通ることで、前記回転軸に沿って前記連続繊維の束が移動する請求項４に記載の含浸装置。
【請求項６】
被排出面が形成された被排出部と、
連続繊維の束に樹脂を含浸させる請求項１〜５の何れか１項に記載の含浸装置と、
前記被排出部に対して相対移動し、前記含浸装置によって前記連続繊維の束に樹脂が含浸した線状の造形材を前記被排出面に排出し、造形材が硬化してなる層を複数重ねることで造形物を造形する排出部と、
を備える造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含浸装置、及び造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、繊維束に樹脂を含浸させた線状のフィラメントを連続して吐出可能な３次元プリンティング装置であって、フィラメントの全体の撚り量あるいは繊維束の撚り量を変更可能な撚り手段を備える３次元プリンティング装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１８-１５１０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、連続繊維の束に樹脂を含浸させた線状の造形材を被排出部の被排出面に排出し、この造形材を複数重ねることで造形物を造形する溶解積層方式（＝ＦＤＭ方式）の造形装置（＝３Ｄプリンタ）がある。この造形装置では、例えば、予め撚られた状態の連続繊維の束に樹脂を含浸することで、造形材が得られる。
【０００５】
本発明の課題は、予め撚られた連続繊維の束に樹脂を含浸させることで造形材を得る場合と比して、強度の高い造形材を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様に係る含浸装置は、溶融した樹脂を回転させながら回転軸に沿って搬送する回転部と、連続繊維の束を、前記回転軸に沿って移動するように案内する案内部と、前記回転軸に沿って移動するように前記案内部によって案内された前記連続繊維の束に、前記回転部によって回転する樹脂を含浸させながら前記連続繊維の束を撚る含浸部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２態様に係る含浸装置は、第１態様に記載の含浸装置において、前記回転部は、前記回転軸を中心に回転する螺旋状の羽根であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第３態様に係る含浸装置は、第２態様に記載の造形装置において、溶融した樹脂によって囲まれるように、前記螺旋状の羽根が配置されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第４態様に係る含浸装置は、第１態様〜３態様の何れか１態様に記載の含浸装置において、前記連続繊維の束の移動方向において前記含浸部の上流側で、前記案内部が、前記連続繊維の束を前記回転軸に沿った姿勢に矯正することで、前記回転軸に沿って前記連続繊維の束が移動することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第５態様に係る含浸装置は、第４態様に記載の含浸装置において、前記案内部は、前記回転軸を中心とする貫通孔を有し、前記貫通孔を前記連続繊維の束が通ることで、前記回転軸に沿って前記連続繊維の束が移動することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第６態様に係る造形装置は、被排出面が形成された被排出部と、連続繊維の束に樹脂を含浸させる請求項１〜５の何れか１項に記載の含浸装置と、前記被排出部に対して相対移動し、前記含浸装置によって前記連続繊維の束に樹脂が含浸した線状の造形材を前記被排出面に排出し、造形材が硬化してなる層を複数重ねることで造形物を造形する排出部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１態様の含浸装置によれば、予め撚られた連続繊維の束に樹脂を含浸させることで造形材を得る場合と比して、強度の高い造形材を得ることができる。
【００１３】
本発明の第２態様の含浸装置によれば、超音波によって樹脂を振動溶融させ回転させる場合と比して、簡易な構成で樹脂を回転させることができる。
【００１４】
本発明の第３態様の含浸装置によれば、螺旋状の羽根が、溶融した樹脂を囲んでいる場合と比して、連続繊維の束の撚り度合いを高くすることができる。
【００１５】
本発明の第４態様の含浸装置によれば、連続繊維の束が、回転軸に対して傾斜する方向の延びる姿勢に矯正される場合と比して、連続繊維の束の撚り度合いを高くすることができる。
【００１６】
本発明の第５態様の含浸装置によれば、回転軸に沿って延びている溝に、連続繊維の束を沿わせる場合と比して、連続繊維の束を精度良く回転軸に沿わせることができる。
【００１７】
本発明の第６態様の造形装置によれば、予め撚られた連続繊維の束に樹脂を含浸させる含浸装置を備える場合と比して、強度の高い造形物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る含浸装置を示した断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る含浸装置に備えられた回転部等を示した斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る造形装置を示した構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る造形装置に備えられた制御部の制御系を示したブロック図である。
【図５】（Ａ）（Ｂ）本発明の第１実施形態に係る造形装置に用いられる繊維束、及び造形材を示した断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に対する比較形態に係る造形装置を示した構成図である。
【図７】本発明の第１実施形態に対する比較形態に係る造形装置に備えられた制御部の制御系を示したブロック図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る含浸装置を示した断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る含浸装置に備えられた回転部等を示した斜視図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る含浸装置を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る含浸装置、及び造形装置の一例について図１〜図７に従って説明する。なお、図中に示す矢印Ｈは装置上下方向（鉛直方向）を示し、矢印Ｗは装置幅方向（水平方向）を示し、矢印Ｄは装置奥行方向（水平方向）を示す。
【００２０】
（造形装置１０）
造形装置１０は、溶解積層方式（ＦＤＭ方式（Ｆｕｓｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ））の三次元造形装置（３Ｄプリンタ）であって、複数の層の層データに従って、層を複数重ねることで、造形物を造形する装置である。
【００２１】
造形装置１０は、図３に示されるように、造形ユニット１２と、造形ユニット１２の下方に配置されている台部１４と、台部１４を移動させる移動ユニット１８と、各部を制御する制御部１６とを備えている。
【００２２】
〔造形ユニット１２〕
造形ユニット１２は、図３に示されるように、連続繊維（フィラメント）の束（以下「繊維束１１０」）が巻かれたリール２０と、巻き掛けロール２２と、繊維束１１０に樹脂を含浸させて線状の造形材１００とする含浸装置２４とを備えている。また、造形ユニット１２は、造形材１００を移送する移送部４１と、造形材１００を台部１４に排出する排出部５４とを備えている。
【００２３】
−リール２０、巻き掛けロール２２−
リール２０は、図示せぬ押し出し装置本体に対して回転可能に支持されており、リール２０には、前述したように、繊維束１１０が巻かれている。繊維束１１０とは、複数の連続繊維が撚り合わされずに束ねられたものである。本実施形態では、連続繊維には、一例として、直径０．００５〔ｍｍ〕の炭素繊維が用いられており、この連続繊維が１０００本以上束ねられている。そして、束ねられた状態で、図５（Ａ）に示されるように、繊維束１１０の断面は、直径（図中Ｄ１）０．４〔ｍｍ〕の円形状とされている。なお、図５（Ａ）については、繊維の本数を少なくして断面が示されている。
【００２４】
巻き掛けロール２２は、図３に示されるように、リール２０に対して装置幅方向に離間して配置されており、装置本体に対して回転可能に支持されている。そして、巻き掛けロール２２には、リール２０から巻き出された繊維束１１０が巻き掛けられている。
【００２５】
この構成において、リール２０から巻き出された繊維束１１０の巻き出し方向（以下「巻出方向」）において、巻き掛けロール２２に対して上流側の部分の繊維束１１０は、装置幅方向に延びている。また、巻出方向において、巻き掛けロール２２に対して下流側の部分の繊維束１１０は、装置上下向に延びている。
【００２６】
−含浸装置２４−
含浸装置２４は、図３に示されるように、巻出方向において、巻き掛けロール２２の下流側に配置されている。また、含浸装置２４は、繊維束１１０が通過する通過部２６と、通過部２６へ樹脂を送り出す樹脂送出部４０とを有している。さらに、含浸装置２４は、樹脂を回転させる回転ユニット５０を有している。なお、含浸装置２４については、詳細を後述する。
【００２７】
この構成において、含浸装置２４は、繊維束１１０に樹脂を含浸させて、造形材１００とするようになっている。
【００２８】
−移送部４１−
移送部４１は、図３に示されるように、巻出方向において、含浸装置２４の下流側に配置されている。また、移送部４１は、一対の移送ロール４２、４４を有している。
【００２９】
移送ロール４２は、軸方向を装置奥行方向に向けた円筒状で金属製の円筒部４２ａを有している。また、移送ロール４４は、造形材１００を挟んで移送ロール４２の反対側に配置されており、軸方向を装置奥行方向に向けた円筒状で金属製の円筒部４４ａを有している。そして、移送ロール４２、４４は、図示せぬ駆動手段から駆動力が伝達されて、周方向に回転するようになっている。
【００３０】
なお、本実施形態では、一例として、回転する移送ロール４２、４４は、造形材１００を３０〔ｍｍ／ｓｅｃ〕の速さで、挟持しながら移送するようになっている。但し、この速度に限定されない。
【００３１】
−排出部５４−
排出部５４は、図３に示されるように、巻出方向において、移送部４１の下流側に配置されている。また、排出部５４は、台部１４へ向けて排出される造形材１００の先端側の部分を保持するようになっており、保持した部分の造形材１００を加熱する図示せぬヒータを有している。
【００３２】
〔台部１４、移動ユニット１８〕
台部１４は、図３に示されるように、造形ユニット１２の下方に配置され、造形ユニット１２側の上方を向くと共に水平面である上面１４ａを有している。台部１４は、被排出部の一例であって、上面１４ａは、被排出面の一例である。
【００３３】
移動ユニット１８は、造形ユニット１２に対して、台部１４を装置幅方向及び装置奥行方向に移動させるようになっている。さらに、移動ユニット１８は、造形ユニット１２に対して、台部１４を上下方へ移動させるようになっている。
【００３４】
〔制御部１６〕
制御部１６は、造形物の三次元データから作成された複数の層データに従って、図４に示されるように、移送ロール４２、４４、移動ユニット１８、後述する、ヒータ４０ｃ、スクリュー４０ｄ、ヒータ３６、及びモータ６０ｃを制御する。なお、制御部１６が各部を制御する構成については、後述する作用共に説明する。
【００３５】
〔その他〕
造形装置１０は、排出部５４から排出された造形材１００の先端が、上面１４ａに接触したことを検知するセンサ５８（図４）を有している。センサ５８は、フォトセンサであって、上面１４ａと造形材１００の先端とに光を照射して接触の有無を検知するようになっている。
【００３６】
（造形装置１０の作用）
造形装置１０を用いて造形物を造形する造形方法について説明する。
【００３７】
図３に示す造形装置１０を用いて造形物を造形する造形方法では、制御部１６が各部を制御する。そして、造形物の三次元データから作成された複数の層データに従って、移動ユニット１８は、台部１４を装置奥行方向へ移動させつつ、台部１４を装置幅方向へ往復移動させる。さらに、排出部５４は、線状の造形材１００を加熱しつつ、一筆書きで造形材１００を上面１４ａに排出する。そして、排出された造形材１００が上面１４ａで固化される。上面１４ａに造形材１００が並べられることで形成された層が一層形成されると、移動ユニット１８は、台部１４を下方へ移動させ、前述した工程を繰り返し、層を複数重ねることで、造形物が造形される。
【００３８】
具体的に、回転する一対の移送ロール４２、４４が、リール２０から繊維束１１０を巻き出し、繊維束１１０を移送する。含浸装置２４は、移送される繊維束１１０に樹脂を含浸させて、造形材１００とする。
【００３９】
さらに、排出部５４は、線状の造形材１００を加熱しつつ上面１４ａに排出する。そして、センサ５８が、排出部５４から排出された造形材１００の先端が、上面１４ａに接触したことを検知すると、台部１４が装置幅方向へ往復移動する。上面１４ａに造形材１００の層が一層形成されると、移動ユニット１８は、台部１４を下方へ移動させ、前述した工程を繰り返し、層を複数重ねることで、造形物が造形される。
【００４０】
（要部構成）
次に、含浸装置２４について説明する。含浸装置２４は、図３に示されるように、繊維束１１０が通過する通過部２６と、通過部２６へ樹脂を送り出す樹脂送出部４０と、樹脂を回転しながら溶融混錬させる回転ユニット５０を有している。
【００４１】
〔通過部２６〕
通過部２６は、図１に示されるように、樹脂が貯留する貯留部３２が内部に形成された本体部２８と、造形材１００を排出する排出ヘッド３４と、貯留部３２に貯留している樹脂を加熱して溶融するヒータ３６とを有している。
【００４２】
本体部２８は、リール２０（図３参照）から巻き出された繊維束１１０が通過するように、巻き掛けロール２２と移送部４１との間に配置されている。本体部２８は、上下方向に延びている円筒状の円筒部２８ａと、円筒部２８ａの下端に接続され、下方側の部分が小径化されている漏斗部２８ｂと、円筒部２８ａの上端を閉塞する天井部２８ｃとを有している。
【００４３】
さらに、天井部２８ｃには、後述する案内部５２が取り付けられ、リール２０から巻き出された繊維束１１０を受け入れるための受入口３０が形成されている。また、漏斗部２８ｂの下端には、繊維束１１０に樹脂が含浸した造形材１００を排出する排出ヘッド３４が取り付けられている。この排出ヘッド３４には、円状の排出孔３４ａが形成されている。そして、受入口３０、貯留部３２、及び排出孔３４ａは上方から下方へこの順番で並んでいる。
【００４４】
さらに、円筒部２８ａの外周面には、ヒータ３６が取り付けられている。本実施形態では、一例として、貯留部３２には、樹脂としてポリプロピレン樹脂が貯留しており、ヒータ３６は、貯留しているポリプロピレン樹脂を２００〔℃〕以上２５０〔℃〕以下に加熱することで溶融している。
【００４５】
また、詳細を後述するが、貯留部３２において、漏斗部２８ｂに囲まれている部分が、繊維束１１０に樹脂を含浸させながら繊維束１１０を撚る含浸部３２ａとされている。換言すれば、漏斗部２８ｂは、含浸部３２ａを形成している。漏斗部２８ｂは、含浸部３２ａが形成された形成部の一例である。
【００４６】
〔樹脂送出部４０〕
樹脂送出部４０は、図３に示されるように、本体部２８の円筒部２８ａに取り付けられ、上下方向に対して傾斜した状態で上方向に延びている。
【００４７】
樹脂送出部４０は、内部に樹脂が収容される円筒状の収容部４０ａと、収容部４０ａから本体部２８へ樹脂を送り出すため、収容部４０ａと本体部２８の円筒部２８ａとを連結している連結部４０ｂとを有している。さらに、樹脂送出部４０は、収容部４０ａに収容された樹脂を加熱して溶融するヒータ４０ｃと、連結部４０ｂの内部に配置され、溶融した樹脂を本体部２８へ送り出すスクリュー４０ｄとを有している。
【００４８】
ヒータ４０ｃは、収容部４０ａの外周面に取り付けられている。本実施形態では、一例として、収容部４０ａの内部には、樹脂としてポリプロピレン樹脂が収容されており、ヒータ４０ｃは、収容されたポリプロピレン樹脂を２００〔℃〕以上２５０〔℃〕以下に加熱することで溶融している。
【００４９】
〔回転ユニット５０〕
回転ユニット５０は、図１に示されるように、通過部２６の受入口３０を通って上下方向に延び、繊維束１１０を案内する案内部５２と、貯留部３２に貯留している溶融した樹脂を回転させながら回転軸に沿って搬送する回転部５６とを有している。さらに、回転ユニット５０は、案内部５２及び回転部５６を回転させる回転機構６０を有している。
【００５０】
−案内部５２−
案内部５２は、上下方向に延びている円筒状で、繊維束１１０が通る貫通孔５２ａが上下方向に延びて形成されている。さらに、案内部５２は、本体部２８に対して周方向に回転可能に支持されている。また、案内部５２の上端は、本体部２８の天井部２８ｃから上方へ突出しており、案内部５２の下端は、上下方向において、本体部２８の円筒部２８ａの下端の位置まで延びている。さらに、貫通孔５２ａの中心線ＣＬ０１は、上下方向に延びており、この中心線ＣＬ０１は、排出ヘッド３４の排出孔３４ａの中心を通っている。
【００５１】
この構成において、案内部５２は、直線状の繊維で構成されている繊維束１１０を中心線ＣＬ０１に沿った姿勢に矯正し、繊維束１１０を含浸部３２ａへ案内するようになっている。このように、案内部５２は、繊維束１１０を中心線ＣＬ０１に沿った姿勢に矯正する姿勢矯正手段及び繊維予備加熱手段として機能している。
【００５２】
また、繊維束１１０の姿勢を矯正する観点から、貫通孔５２ａの直径は小さい方が好ましい、一方、繊維束１１０と貫通孔５２ａの内周面との摩擦力を低減する観点から、貫通孔５２ａの直径は大きい方が好ましい。これにより、貫通孔５２ａの直径は、繊維束１１０の直径（０．１〔ｍｍ〕から２〔ｍｍ〕で１ｋ（＝１０００本）から２４ｋ（＝２４０００本相当）の１０５〔％〕以上１３５〔％〕以下が好ましく、１１０〔％〕以上１３０〔％〕以下がさらに好ましい、１１５〔％〕以上１２５〔％〕以下が特に好ましい。なお、貫通孔５２ａの直径、及び繊維束１１０の直径は、ノギス等で測定することができる。
【００５３】
−回転部５６、回転機構６０−
回転部５６は、図１、図２に示されるように、案内部５２の外周面に取り付けられた螺旋状の羽根である。案内部５２が周方向に回転することで、回転部５６も回転するようになっている。換言すれば、回転部５６は、中心線ＣＬ０１を回転軸として回転するようになっている。
【００５４】
回転機構６０は、図１に示されるように、案内部５２において天井部２８ｃから上方へ突出した部分の外周面に取り付けられたギア６０ａと、ギア６０ａと噛合うギア６０ｂと、ギア６０ｂを回転させるモータ６０ｃとを備えている。
【００５５】
この構成において、モータ６０ｃがギア６０ｂを回転させることで、モータ６０ｃの回転力が、ギア６０ａを介して案内部５２及び回転部５６へ伝達される。回転する回転部５６は、貯留部３２に貯留している溶融した樹脂を、回転軸（中心線ＣＬ０１）を中心に回転させながら回転軸に沿って下方へ搬送する。換言すれば、回転する回転部５６は、貯留部３２に貯留している溶融した樹脂を、案内部５２の周方向に移動させながら回転軸に沿って下方へ搬送する。そして、案内部５２によって含浸部３２ａへ案内された繊維束１１０に回転する樹脂が含浸し、溶融して回転する樹脂の剪断力によって繊維束１１０が撚られるようになっている。
【００５６】
このように、回転する回転部５６は、樹脂を回転させながら回転軸に沿って繊維束１１０搬送する回転搬送手段として機能している。
【００５７】
また、回転部５６は、樹脂を回転させることで、直線状の繊維で構成されている繊維束１１０を撚る撚り手段としても機能している。
【００５８】
（要部構成の作用）
次に、要部構成の作用について、比較形態に係る造形装置５１０と比較しつつ説明する。先ず、造形装置５１０の構成について、造形装置１０の構成と異なる部分を主に説明する。造形装置５１０の作用についても、造形装置１０の作用と異なる部分を主に説明する。
【００５９】
〔造形装置５１０の構成〕
造形装置５１０は、図６に示されるように、造形ユニット５１２と、造形ユニット５１２の下方に配置されている台部１４と、移動ユニット１８と、各部を制御する制御部５１６とを備えている。
【００６０】
造形ユニット５１２は、リール２０と、繊維束１１０を撚る（捩じる）撚り装置５１４と、巻き掛けロール２２と、繊維束１１０に樹脂を含浸させて線状の造形材１００とする含浸装置５２４と、移送部４１と、排出部５４とを備えている。
【００６１】
撚り装置５１４は、巻出方向において、リール２０の下流側で、かつ、巻き掛けロール２２の上流側に配置されており、直線状の繊維で構成された繊維束１１０を撚るようになっている。含浸装置５２４は、繊維束１１０が通過する通過部５２６と、通過部５２６へ樹脂を送り出す樹脂送出部４０とを有している。また、通過部５２６は、内部に樹脂が貯留する貯留部３２が形成された本体部２８と、排出ヘッド３４と、ヒータ３６とを有している。また、本体部２８の天井部２８ｃには、撚られた繊維束１１０を貯留部３２に受け入れる受入口５３０が形成されている。この受入口５３０の外径は、リール２０から巻き出された繊維束１１０を受け入れることが出来る外径寸法とされており、本実施形態の受入口３０と比して、小さくされている。
【００６２】
また、制御部５１６は、造形物の三次元データから作成された複数の層データに従って、図７に示されるように、ヒータ４０ｃ、スクリュー４０ｄ、ヒータ３６、移送ロール４２、４４、及び移動ユニット１８を制御する。なお、制御部５１６が各部を制御する構成については、後述する作用共に説明する。
【００６３】
〔造形装置１０、５１０の作用〕
−造形装置５１０−
図６に示す造形装置５１０における含浸装置５２４の樹脂送出部４０では、ヒータ４０ｃが、収容部４０ａの内部に収容された樹脂を加熱して溶融する。さらに、回転するスクリュー４０ｄが、溶融した樹脂を本体部２８へ送り出す。
【００６４】
本体部２８は、撚り装置５１４によって撚られた繊維束１１０を受入口５３０から受け入れ、既に撚られた繊維束１１０に樹脂を含浸させて線状の造形材１００とする。そして、排出部５４は、造形材１００を加熱しつつ上面１４ａに排出する。
【００６５】
−造形装置１０−
図１、図３に示す造形装置１０における含浸装置２４の樹脂送出部４０では、ヒータ４０ｃが、収容部４０ａの内部に収容された樹脂を加熱して溶融する。さらに、回転するスクリュー４０ｄが、溶融した樹脂を本体部２８へ送り出す。
【００６６】
本体部２８の受入口３０を通って上下方向に延びている案内部５２は、リール２０から巻き出された直線状の繊維で構成されている繊維束１１０を上端から受け入れ、下端から直線状の繊維で構成されている繊維束１１０を含浸部３２ａへ案内する。これにより、案内部５２は、回転する樹脂の回転軸に繊維束１１０が沿って移動するように、回転軸に沿った姿勢の繊維束１１０を含浸部３２ａへ案内する。
【００６７】
一方、モータ６０ｃは、ギア６０ｂを回転させることで、モータ６０ｃの回転力が、ギア６０ａを介して案内部５２及び回転部５６へ伝達される。回転する回転部５６は、貯留部３２に貯留している溶融した樹脂を、回転軸（中心線ＣＬ０１）を中心に回転させながら回転軸に沿って下方の含浸部３２ａへ搬送する。
【００６８】
また、案内部５２によって含浸部３２ａへ案内された繊維束１１０に回転する樹脂が含浸し、回転する樹脂の剪断力によって繊維束１１０が撚られる（捩じられる）。そして、撚られた繊維束１１０に含浸した樹脂が排出孔３４ａに近づくに従って冷やされ、樹脂が冷えた状態の造形材１００が、排出孔３４ａから排出される。なお、樹脂が冷えているため、造形材１００を構成する繊維束１１０の撚られた状態は、固化して維持される。
【００６９】
（まとめ）
以上説明したように、比較形態に係る含浸装置５２４では、予め撚られた状態となっている繊維束１１０に樹脂を含浸させることで、造形材１００が排出孔３４ａから排出される。このように、含浸装置５２４によって含浸される繊維束１１０は、予め撚られた状態となっている。このような場合に、常温で乾燥している繊維束１１０を撚ることが一般的であり、繊維束１１０を撚るときに、繊維に破断等の損傷が生じてしまうことがある。さらに、含浸装置５２４では、予め撚られた状態の繊維束１１０に樹脂を含浸させるため、樹脂が繊維束１１０に含侵しにくい。また、含浸装置５２４では、予め撚られた状態の繊維束１１０に樹脂を含浸させるため、繊維束１１０の中心部の繊維に樹脂が含浸される過程で、気泡が抜けずボイドが発生してしまうことがある。
【００７０】
これに対して、本実施形態に係る含浸装置２４では、含浸部３２ａへ案内された繊維束１１０に回転する樹脂が含浸し、回転する樹脂の剪断力によって繊維束１１０が撚られる。さらに、排出孔３４ａから造形材１００が排出されるまでに、造形材１００を構成する樹脂が冷やされることで、造形材１００を構成する繊維束１１０の撚られた状態は、維持される。このため、繊維に破断等の損傷が生じてしまうのが抑制される。さらに、繊維束１１０の中心部の繊維に樹脂が含浸される過程でボイドが発生するのが抑制される。
【００７１】
これにより、含浸装置２４では、予め撚られた繊維束に樹脂を含浸させることで造形材を得る場合と比して、強度の高く、破断の少ない造形材が得られる。なお、この場合の強度とは、曲げ強度、引張強度である。
【００７２】
また、含浸装置２４では、含浸装置５２４のように、撚り装置を用いることなく、繊維束１１０が撚られる。つまり、含浸装置２４では、含浸装置５２４と比して工程数が少なくなる。
【００７３】
また、含浸装置２４では、螺旋状の羽根である回転部５６が、回転することで、樹脂を回転させながら回転軸に沿って搬送する。このため、例えば、超音波等によって樹脂を回転させる場合と比して、簡易な構成で樹脂が回転する。
【００７４】
また、含浸装置２４では、回転部５６の螺旋状の羽根が、溶融した樹脂によって囲まれている。このため、回転軸に近い部分に貯留している樹脂に生じる剪断力が、回転軸に遠い部分に貯留している樹脂に生じる剪断力と比して強くなる。一方、螺旋状の羽根が、溶融した樹脂を囲んでいる場合（後述する第２実施形態参照）には、回転軸に近い部分に貯留している樹脂に生じる剪断力が、回転軸に遠い部分に貯留している樹脂に生じる剪断力と比して弱くなる。このため、含浸装置２４では、螺旋状の羽根が、溶融した樹脂を囲んでいる場合と比して、繊維束１１０の撚り度合いが高くなる。ここで、「撚り度合」とは、単位長さ当たりに撚り数（＝捩じり数）である。
【００７５】
また、含浸装置２４では、案内部５２は、繊維束１１０を回転軸に沿った姿勢に矯正することで、回転軸に沿って繊維束１１０が移動する。このため、繊維束１１０が、回転軸に対して傾斜する方向の延びる姿勢に矯正される場合（後述する第３実施形態参照）と比して、繊維束１１０の撚り度合いが高くなる。
【００７６】
また、含浸装置２４では、回転軸を中心とする貫通孔５２ａを繊維束１１０が通ることで、繊維束１１０が回転軸に沿って移動する。このため、回転軸に沿って延びている溝に、繊維束を沿わせる場合と比して、繊維束１１０が精度良く回転軸に沿う。
【００７７】
また、造形装置１０では、造形装置５１０を用いる場合と比して、強度の高い造形物が得られる。
【００７８】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る含浸装置の一例について図８、図９に従って説明する。なお、第２実施形態については、第１実施形態に対して異なる部分を主に説明する。
【００７９】
（構成）
第２実施形態に係る含浸装置２２４は、図８に示されるように、繊維束１１０が通過する通過部２２６と、通過部２２６へ樹脂を送り出す樹脂送出部４０と、案内部２５２と、樹脂を回転させる回転ユニット２５０を有している。
【００８０】
〔通過部２２６〕
通過部２２６は、図８に示されるように、樹脂が貯留する貯留部２３２が内部に形成された本体部２２８と、排出ヘッド３４と、貯留部２３２に貯留している樹脂を加熱して溶融するヒータ２３６とを有している。
【００８１】
本体部２２８は、上下方向に延びている円筒状の円筒部２２８ａと、後述する外殻部２５４を間において円筒部２２８ａの下側に配置されている漏斗部２８ｂと、円筒部２２８ａの上端を閉塞する天井部２８ｃとを有している。さらに、天井部２８ｃには、受入口３０が形成されている。また、ヒータ２３６は、円筒部２２８ａの外周面に取り付けられている。
【００８２】
〔案内部２５２〕
案内部２５２は、上下方向に延びている円筒状に形成され、案内部２５２には、繊維束１１０が通る貫通孔２５２ａが上下方向に延びて形成されている。また、案内部２５２の上端は、本体部２２８の天井部２８ｃから上方へ突出しており、案内部２５２の下端は、上下方向において、本体部２８の円筒部２２８ａの下端の位置まで延びている。さらに、貫通孔２５２ａの中心線ＣＬ０１は、上下方向に延びており、この中心線ＣＬ０１は、排出ヘッド３４の排出孔３４ａの中心を通っている。
【００８３】
〔回転ユニット２５０〕
回転ユニット２５０は、図８に示されるように、円筒部２２８ａと漏斗部２８ｂとの間に配置され、上下方向に延びている円筒状の外殻部２５４と、貯留部２３２に貯留している溶融した樹脂を回転させながら回転軸に沿って搬送する回転部２５６とを有している。さらに、回転ユニット２５０は、外殻部２５４及び回転部２５６を回転させる回転機構２６０を有している。
【００８４】
外殻部２５４は、図８、図９に示されるように、円筒状で、本体部２２８に対して周方向に回転可能に取り付けられている。回転部２５６は、外殻部２５４の内周面に取り付けられた螺旋状の羽根である。つまり、含浸装置２２４では、螺旋状の羽根が、溶融した樹脂を囲んでいる。また、外殻部２５４が周方向に回転することで、回転部２５６も回転するようになっている。
【００８５】
回転機構２６０は、図８に示されるように、外殻部２５４の外周面に取り付けられたギア２６０ａと、ギア２６０ａと噛合うギア２６０ｂと、ギア２６０ｂを回転させるモータ２６０ｃとを備えている。
【００８６】
また、貯留部２３２において、外殻部２５４に囲まれている部分が、繊維束１１０に樹脂を含浸させる含浸部２３２ａとされている。換言すれば、外殻部２５４は、含浸部２３２ａを形成している。外殻部２５４は、含浸部２３２ａが形成された形成部の一例である。
【００８７】
（作用）
図８に示す含浸装置２２４では、モータ２６０ｃがギア２６０ｂを回転させることで、モータ２６０ｃの回転力が、ギア２６０ａを介して外殻部２５４及び回転部２５６へ伝達される。回転する回転部２５６は、貯留部２３２に貯留している溶融した樹脂を、回転軸（中心線ＣＬ０１）を中心に回転させながら回転軸に沿って下方へ搬送する。
【００８８】
また、案内部２５２は、リール２０から巻き出された繊維束１１０を上端から受け入れ、直線状の繊維で構成されている繊維束１１０を含浸部２３２ａへ案内する。具体的には、案内部２５２は、回転軸に沿って繊維束１１０が移動するように、繊維束１１０を回転軸に沿った姿勢に矯正し、繊維束１１０を含浸部２３２ａへ案内する。
【００８９】
そして、案内部２５２によって含浸部２３２ａへ案内された繊維束１１０に回転する樹脂が含浸し、溶融して回転する樹脂の剪断力によって繊維束１１０が撚られる（捩じられる）。
【００９０】
なお、含浸装置２２４の他の作用については、螺旋状の羽根が、溶融した樹脂によって囲まれていることで生じる作用以外の第１実施形態の作用と同様である。
【００９１】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る含浸装置の一例について図１０に従って説明する。なお、第３実施形態については、第１実施形態に対して異なる部分を主に説明する。
【００９２】
（要部構成）
第３実施形態の含浸装置３２４は、繊維束１１０が通過する通過部３２６と、通過部３２６へ樹脂を送り出す樹脂送出部４０と、回転する樹脂の回転軸に沿って繊維束１１０が移動するように、繊維束１１０を含浸部３２ａへ案内する案内部３５２とを有している。さらに、含浸装置３２４は、樹脂を回転させる回転ユニット３５０を有している。
【００９３】
〔通過部３２６〕
通過部３２６は、図１０に示されるように、貯留部３２が形成された本体部２８と、排出ヘッド３４と、ヒータ３６とを有している。
【００９４】
本体部２８の天井部２８ｃには、中心線ＣＬ０１を中心とする円孔３３２が形成されている。また、本体部２８の円筒部２８ａの下方側の部分には、リール２０から巻き出された繊維束１１０を本体部２８に受け入れる受入口３３０が形成されている。
【００９５】
受入口３３０は、円筒部２８ａの径方向に対して傾斜する方向に円筒部２８ａを貫通している。具体的には、円筒部２８ａの径方向において受入孔３３０の外側の部分が、内側の部分と比して上方へ位置するように、受入口３３０が傾斜している。
【００９６】
〔案内部３５２〕
案内部３５２は、円筒部２８ａに形成された受入口３３０を通って、円筒部２８ａの径方向に対して傾斜する傾斜方向に延びている円筒状で、案内部３５２には、繊維束１１０が通る貫通孔３５２ａが傾斜方向に延びて形成されている。そして、案内部３５２の中心線ＣＬ０２と、中心線ＣＬ０１とは、含浸部３２ａの上側部分で交差（図中点ａ）している。また、中心線ＣＬ０２と中心線ＣＬ０１との角度（図中Ｒ０１）は、鈍角とされている。
【００９７】
このように、中心線ＣＬ０２と中心線ＣＬ０１との角度（図中Ｒ０１）は、鈍角とされることで、案内部３５２によって含浸部３２ａへ案内された繊維束１１０は、途中で曲がって、回転する樹脂の回転軸に沿って移動するようになっている。
【００９８】
〔回転ユニット３５０〕
回転ユニット３５０は、天井部２８ｃに形成された円孔３３２を通って上下方向に延びている円柱状の軸部３５４と、貯留部３２に貯留している溶融した樹脂を回転させながら回転軸に沿って搬送する回転部３５６とを有している。さらに、回転ユニット３５０は、軸部３５４及び回転部３５６を回転させる回転機構３６０を有している。
【００９９】
−軸部３５４−
軸部３５４は、中心線ＣＬ０１を軸として上下方向に延びている円柱状で、本体部２８に対して回転可能に支持されている。そして、軸部３５４の上端は、本体部２８の天井部２８ｃから上方へ突出しており、軸部３５４の下端は、上下方向において、本体部２８の受入口３３０が形成されている位置まで延びている。
【０１００】
−回転部３５６−
回転部３５６は、軸部３５４の外周面に取り付けられた螺旋状の羽根である。軸部３５４が周方向に回転することで、回転部３５６も回転するようになっている。換言すれば、回転部３５６は、中心線ＣＬ０１を回転軸として回転するようになっている。
【０１０１】
−回転機構３６０−
回転機構３６０は、軸部３５４において天井部２８ｃから上方へ突出した部分の外周面に取り付けられたギア３６０ａと、ギア３６０ａと噛合うギア３６０ｂと、ギア３６０ｂを回転させるモータ３６０ｃとを備えている。
【０１０２】
以上、説明した構成において、モータ３６０ｃがギア３６０ｂを回転させることで、モータ３６０ｃの回転力が、ギア３６０ａを介して軸部３５４及び回転部３５６へ伝達される。回転する回転部３５６は、貯留部３２に貯留している溶融した樹脂を、回転軸（中心線ＣＬ０１）を中心に回転させながら回転軸に沿って下方へ搬送する。
【０１０３】
また、案内部３５２は、回転する樹脂の回転軸に沿って繊維束１１０が移動するように、繊維束１１０を含浸部３２ａへ案内する。
【０１０４】
そして、案内部３５２によって含浸部３２ａへ案内された繊維束１１０に回転する樹脂が含浸し、溶融して回転する樹脂の剪断力によって繊維束１１０が撚られる（捩じられる）。
【０１０５】
また、含浸装置３２４の他の作用については、案内部３５２が、繊維束を回転軸に沿った姿勢に矯正することで、回転軸に沿って繊維束が移動することで生じる作用以外の第１実施形態の作用と同様である。
【０１０６】
なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、移送部４１によって、繊維束１１０を移送させたが、溶融する樹脂が回転軸（中心線ＣＬ０１）に沿って下方へ搬送される力によって、繊維束１１０を移動させてもよい。この場合には、移送部を廃止することができる。
【０１０７】
また、上記実施形態では、螺旋状の羽根を回転させることで、溶融する樹脂を回転させたが、例えば、螺旋状の溝によって溶融する樹脂を回転させてもよく、超音波によって溶融する樹脂を回転させてもよい。
【０１０８】
また、上記実施形態では、回転軸を中心とする貫通孔を繊維束１１０が通ることで、繊維束１１０を回転軸に沿った姿勢に矯正したが、凹状の溝に繊維束を沿わせることで、繊維束を回転軸に沿った姿勢に矯正してもよい。
【０１０９】
また、上記実施形態では、樹脂としてポリプロピレン樹脂を用いたが、ナイロン樹脂等であってもよい。さらに、無水マレイン酸等の相溶化材を用いて前記２種の樹脂混合物等を用いてもよい。
【０１１０】
また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、含侵装置２４によって樹脂が含侵した造形材１００を保管し、異なる用途に用いてもよい。
また、撚られた状態の繊維フィラメントを供給するＦＤＭ装置のスプールとして使用でき、より造形精度の高く、高い剛性の造形物を提供することも可能である。
【符号の説明】
【０１１１】
１０  造形装置
１４  台部（被排出部の一例）
１４ａ  上面（被排出面の一例）
２４  含浸装置
５２  案内部
５４  排出部
５６  回転部
１００  造形材
１１０  繊維束（連続繊維の束）
２２４  含浸装置
２５２  案内部
２５６  回転部
３２４  含浸装置
３５２  案内部
３５６  回転部
【図１】
2020104473.tif 000003
【図２】
2020104473.tif 000004
【図３】
2020104473.tif 000005
【図４】
2020104473.tif 000006
【図５】
2020104473.tif 000007
【図６】
2020104473.tif 000008
【図７】
2020104473.tif 000009
【図８】
2020104473.tif 000010
【図９】
2020104473.tif 000011
【図１０】
2020104473.tif 000012