(57)【要約】【課題】排出部の被排出面に対する位置が、造形中の被排出面と接触することなく決められている場合と比して、造形材の排出方向における排出部と被排出面との相対位置精度の低下を抑制することができる造形装置を得る。【解決手段】排出部に取り付けられた接触部が、造形材が排出部から排出される排出方向で、被排出面と、又は被排出面に形成された層を構成する造形材と接触する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被排出面が形成された被排出部と、
前記被排出部に対して相対移動し、連続繊維の束に樹脂を含侵させ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、
前記排出部に取り付けられ、前記造形材が前記排出部から排出される排出方向で、前記被排出面と、又は前記被排出面に形成された層を構成する造形材と接触する接触部と、
を備える造形装置。
【請求項２】
前記接触部は、前記排出部の前記被排出部に対する相対移動に伴って回転する請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
前記接触部は、球状であり、
前記排出部には、造形材を排出する円形状の排出口が形成され、
前記接触部の外径は、前記排出口の外径と比して大きい請求項２に記載の造形装置。
【請求項４】
前記排出部から排出された造形材と接触する他の接触部と、弾性変形して前記他の接触部を前記被排出面側に付勢する弾性部とを有する押付部を備え、前記押付部は、前記排出部に取り付けられている請求項１〜３の何れか１項に記載の造形装置。
【請求項５】
前記他の接触部は、前記排出部の前記被排出部に対する相対移動に伴って回転する請求項４に記載の造形装置。
【請求項６】
前記他の接触部は、球状であり、
前記排出部には、造形材を排出する円形状の排出口が形成され、
前記他の接触部の外径は、前記排出口の外径と比して大きい請求項５に記載の造形装置。
【請求項７】
前記他の接触部を加熱する加熱部を備える請求項４〜６の何れか１項に記載の造形装置。
【請求項８】
前記排出部には、造形材を排出する円形状の排出口が形成され、
前記排出方向から見て、前記接触部、前記排出口、及び前記他の接触部は、直線上に配置されている請求項４〜７の何れか１項に記載の造形装置。
【請求項９】
複数の前記接触部を備える請求項１〜８の何れか１項に記載の造形装置。
【請求項１０】
前記排出部には、造形材を排出する排出口が形成され、
前記排出部は、複数の前記接触部が移動方向の下流側となるように移動し、
前記排出方向から見て、複数の前記接触部、及び前記排出口は、直線上に配置されている請求項９に記載の造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、３Ｄプリンタ、強化フィラメント、及びそれらの使用方法に関する種々の実施形態が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１６−５３１０２０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侵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（Ｆｕｓｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ））の造形装置（３Ｄプリンタ）がある。
【０００５】
この造形装置では、造形装置の排出部から造形材が被排出部の被排出面に排出される。ここで、排出部は、被排出面と離間している。さらに、造形材が排出部から排出される排出方向において、排出部の被排出面に対する位置は、造形中の被排出面と接触することなく決められている。このため、造形材の排出方向における排出部と被排出面との相対位置がばらついてしまうことがある。
【０００６】
本発明の課題は、排出部の被排出面に対する位置が、造形中の被排出面と接触することなく決められている場合と比して、造形材の排出方向における排出部と被排出面との相対位置精度の低下を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１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、前記被排出部に対して相対移動し、連続繊維の束に樹脂を含侵させ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、前記排出部に取り付けられ、前記造形材が前記排出部から排出される排出方向で、前記被排出面と、又は前記被排出面に形成された層を構成する造形材と接触する接触部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２態様に係る造形装置は、第１態様に記載の造形装置において、前記接触部は、前記排出部の前記被排出部に対する相対移動に伴って回転することを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３態様に係る造形装置は、第２態様に記載の造形装置において、前記接触部は、球状であり、前記排出部には、造形材を排出する円形状の排出口が形成され、前記接触部の外径は、前記排出口の外径と比して大きいことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第４態様に係る造形装置は、第１〜３態様の何れか１態様に記載の造形装置において、前記排出部から排出された造形材と接触する他の接触部と、弾性変形して前記他の接触部を前記被排出面側に付勢する弾性部とを有する押付部を備え、前記押付部は、前記排出部に取り付けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第５態様に係る造形装置は、第４態様に記載の造形装置において、前記他の接触部は、前記排出部の前記被排出部に対する相対移動に伴って回転することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第６態様に係る造形装置は、第５態様に記載の造形装置において、前記他の接触部は、球状であり、前記排出部には、造形材を排出する円形状の排出口が形成され、前記他の接触部の外径は、前記排出口の外径と比して大きいことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第７態様に係る造形装置は、第４〜６態様の何れか１態様に記載の造形装置において、前記他の接触部を加熱する加熱部を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第８態様に係る造形装置は、第４〜６態様の何れか１態様に記載の造形装置において、前記排出部には、造形材を排出する円形状の排出口が形成され、前記排出方向から見て、前記接触部、前記排出口、及び前記他の接触部は、直線上に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第９態様に係る造形装置は、第１〜８態様の何れか１態様に記載の造形装置において、複数の前記接触部を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第１０態様に係る造形装置は、第９態様に記載の造形装置において、前記排出部には、造形材を排出する排出口が形成され、前記排出部は、複数の前記接触部が移動方向の下流側となるように移動し、前記排出方向から見て、複数の前記接触部、及び前記排出口は、直線上に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の第１態様の造形装置によれば、排出部の被排出面に対する位置が、造形中の被排出面と接触することなく決められている場合と比して、造形材の排出方向における排出部と被排出面との相対位置精度の低下を抑制することができる。
【００１８】
本発明の第２態様の造形装置によれば、接触部が被排出面に対して滑る場合と比して、接触部と被排出面との間で生じる摩擦力を低減させることができる。
【００１９】
本発明の第３態様の造形装置によれば、接触部の外径が、排出口の外径に対して小さい場合と比して、造形材が部分的に凹むのを抑制することができる。
【００２０】
本発明の第４態様の造形装置によれば、排出部から排出された造形材を排出するだけで積層するもの場合と比して、造形材において繊維同士を接着させる接着力を強くすることができる。
【００２１】
本発明の第５態様の造形装置によれば、他の接触部が造形材に対して滑る場合と比して、他の接触部と造形材との間で生じる摩擦力を低減させることができる。
【００２２】
本発明の第６態様の造形装置によれば、他の接触部の外径が、排出口の外径に対して小さい場合と比して、造形材が部分的に凹むのを抑制することができる。
【００２３】
本発明の第７態様の造形装置によれば、造形材が常温を押付部によって被排出面側に押し付けられる場合と比して、造形材において繊維同士を接着させる接着力を強くすることができる。
【００２４】
本発明の第８態様の造形装置によれば、排出方向から見て、接触部、排出口、及び他の接触部が多角形状に配置されている場合と比して、排出部から被排出面へ排出される造形材の排出位置がばらつくのを抑制することができる。
【００２５】
本発明の第９態様の造形装置によれば、接触部を１個だけ備える場合と比して、造形材の排出方向における排出部と被排出面との相対位置精度の低下を抑制することができる。
【００２６】
本発明の第１０態様の造形装置によれば、排出方向から見て、複数の接触部、及び排出口が多角形状に配置されている場合と比して、排出部から被排出面へ排出される造形材の排出位置がばらつくのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る造形装置に備えられた排出ユニットを示した側面図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）本発明の第１実施形態に係る造形装置を用いて造形物を製造する工程を示した工程図である。
【図３】（Ａ）（Ｂ）本発明の第１実施形態に係る造形装置を用いて造形物を製造する工程を示した工程図である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）本発明の第１実施形態に係る造形装置を用いて造形物を製造する工程を示した工程図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る造形装置を用いて造形物を製造する工程を示した工程図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る造形装置に備えられた排出ユニットを示した斜視図である。
【図７】（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８】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制御ブロック図である。
【図９】本発明の第１実施形態の造形装置によって造形された造形物と、比較形態の造形装置によって造形された造形物との評価結果をグラフで示した図面である。
【図１０】本発明の第１実施形態に係る造形装置を示した概略構成図である。
【図１１】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排出ユニットを示した側面図である。
【図１２】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概略構成図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る造形装置に備えられた排出ユニットを示した側面図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る造形装置に備えられた排出ユニットを示した斜視図である。
【図１５】（Ａ）（Ｂ）本発明の第２実施形態に係る造形装置を用いて造形物を製造する工程を示した工程図である。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る造形装置に備えられた排出ユニットを示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る造形装置の一例について図１〜図１２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。
【００２９】
（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。
【００３０】
造形装置１０は、図１０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。
【００３１】
〔造形ユニット１２〕
造形ユニット１２は、図１０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とする含浸部２４とを備えている。また、造形ユニット１２は、造形材１００を搬送する搬送部４０と、造形材１００を台部１４に排出する排出部５２を備えた排出ユニット５０とを備えている。
【００３２】
−リール２０、巻き掛けロール２２−
リール２０は、図示せぬ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７（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７（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。
【００３３】
巻き掛けロール２２は、図１０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。
【００３４】
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。
【００３５】
−含浸部２４−
含浸部２４は、図１０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、含浸部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２８とを有している。そして、通過部２６は、樹脂送出部２８と比して下方に配置されている。
【００３６】
樹脂送出部２８の本体部２８ａの内部には、樹脂が収容されており、本体部２８ａの周面には、収容された樹脂を加熱して溶融するヒータ２８ｂが取り付けられている。さらに、本体部２８ａの内部には、加熱された樹脂を通過部２６に送り出すスクリュー２８ｃが配置されている。本実施形態では、一例として、樹脂送出部２８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２８ｂ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。
【００３７】
通過部２６の本体部２６ａは、リール２０から巻き出された繊維束１１０が通過するように配置されている。また、本体部２６ａは、上下方向に延びており、断面円筒状とされている。本体部２６ａには、リール２０から巻き出された繊維束１１０を受け入れる受入口２６ｂと、内部を通過する繊維束１１０を周方向から囲むように樹脂が滞留している滞留部２６ｃと、樹脂が繊維束１１０に含侵した造形材１００を排出する排出ヘッド２６ｄとを有している。そして、受入口２６ｂ、滞留部２６ｃ、及び排出ヘッド２６ｄは上方から下方へ向けてこの順番で並んでいる。
【００３８】
さらに、通過部２６は、本体部２６ａの周面に取り付けられ、滞留部２６ｃに滞留している樹脂を加熱して溶融するヒータ２６ｅを有している。本実施形態では、一例として、ヒータ２６ｅは、滞留部２６ｃに滞留しているポリプロピレン樹脂を２００〔℃〕以上２５０〔℃〕以下に加熱して溶融している。但し、樹脂に関しては、これに限られない。
【００３９】
この構成において、樹脂送出部２８は、加熱された樹脂を通過部２６の滞留部２６ｃに送り出す。また、通過部２６は、受入口２６ｂから受け入れて滞留部２６ｃを通過する繊維束１１０に樹脂を含浸させる。さらに、通過部２６は、樹脂が繊維束１１０に含侵した線状の造形材１００を排出ヘッド２６ｄから排出する。また、排出ヘッド２６ｄから排出された状態で、図７（Ｂ）に示されるように、夫々の繊維間の隙間には、樹脂が含浸されており、造形材１００の断面は、直径０．４〔ｍｍ〕の円状とされている。なお、図７（Ｂ）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。
【００４０】
このように、繊維束１１０に樹脂を含浸させることで、夫々の繊維同士が樹脂によって接着される。つまり、含浸部２４は、夫々の繊維同士を接着させる接着手段として機能している。
【００４１】
また、繊維束１１０に樹脂を含浸させて夫々の繊維間に樹脂が充填されることで、繊維束１１０の断面形状が保持される。つまり、含浸部２４は、繊維束１１０の断面形状を保持する断面保持手段として機能している。
【００４２】
−搬送部４０−
搬送部４０は、図１０に示されるように、巻出方向において、含浸部２４の下流側に配置されている。また、搬送部４０は、一対の搬送ロール４２、４４を有している。
【００４３】
搬送ロール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、搬送ロール４４は、造形材１００を挟んで搬送ロール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、搬送ロール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。
【００４４】
なお、本実施形態では、一例として、回転する搬送ロール４２、４４は、造形材１００を３０〔ｍｍ／ｓｅｃ〕の速さで、挟持搬送するようになっている。但し、この速度に限定されない。
【００４５】
−排出ユニット５０−
排出ユニット５０は、図１０に示されるように、巻出方向において、搬送部４０の下流側に配置されている。また、排出ユニット５０は、台部１４の上面１４ａに造形材１００を排出する排出部５２を備えている。なお、排出ユニット５０については、詳細を後述する。
【００４６】
〔台部１４、移動ユニット１８〕
台部１４は、図１０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。
【００４７】
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。
【００４８】
〔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８に示されるように、ヒータ２８ｂ、スクリュー２８ｃ、ヒータ２６ｅ、搬送ロール４２、４４、移動ユニット１８、及びヒータ８８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。
【００４９】
〔その他〕
造形装置１０は、排出部５２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８）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。
【００５０】
（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。
【００５１】
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５２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で固化する。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。
【００５２】
具体的に、回転する一対の搬送ロール４２、４４が、リール２０から繊維束１１０を巻き出し、繊維束１１０を搬送する。そして、樹脂送出部２８では、回転するスクリュー２８ｃが、ヒータ２８ｂによって加熱された樹脂を通過部２６の滞留部２６ｃに送り出す。また、通過部２６は、受入口２６ｂから受け入れて滞留部２６ｃを通過する繊維束１１０に樹脂を含浸させる。さらに、通過部２６は、樹脂が繊維束１１０に含侵した線状の造形材１００を排出ヘッド２６ｄから排出する。
【００５３】
さらに、排出部５２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５２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。
【００５４】
（要部構成）
次に、排出ユニット５０について説明する。排出ユニット５０は、図１０に示されるように、巻出方向において、搬送部４０の下流側に配置されている。
【００５５】
また、排出ユニット５０は、造形材１００を台部１４の上面１４ａに排出する排出部５２と、台部１４の上面１４ａと接触する接触部材６４を有する支持部６０とを備えている。さらに、排出ユニット５０は、排出部５２から排出された造形材１００を台部１４の上面１４ａ側へ押し付ける押付部７４を有する作用部７０と、ヒータ８８と、各部を支持するフレーム８０とを備えている。
【００５６】
〔排出部５２、フレーム８０、ヒータ８８〕
排出部５２は、金属製で、図１に示されるように、上下方向に延びる円柱状の円柱部５２ａと、円柱部５２ａの下端に一体的に連結され、台部１４に向かって縮径する縮径部５２ｂとを有している。さらに、排出部５２には、排出部５２を巻出方向に貫通する貫通孔５４が形成されている。この貫通孔５４は、上下方向に延びている線ＣＬ１を中心線（以下「中心線ＣＬ１」）として、搬送部４０側で漏斗状の部分と、台部１４側で円柱状の部分とから形成されている。そして、この貫通孔５４の上端が、排出部５２に造形材１００を受け入れる受入口５４ａとされ、この貫通孔５４の下端が、排出部５２から造形材１００を排出する円形状の排出口５４ｂとされている。本実施形態では、排出口５４ｂの外径は、０．４〔ｍｍ〕とされている。
【００５７】
フレーム８０は、板面が上下方向を向いた金属板で、上方から見ると装置幅方向に延びる矩形状とされている。そして、フレーム８０は、円柱部５２ａの上端部分と接触し、排出部５２を支持している。具体的には、フレーム８０において装置幅方向の中央側、かつ、装置奥行方向の中央側の部分には、表裏を貫通する円形状の貫通孔８０ａが形成されており、円柱部５２ａの上端部分が、貫通孔８０ａに嵌め込まれることで、フレーム８０は、排出部５２を支持している。
【００５８】
ヒータ８８は、板状のヒーターであって、フレーム８０の上面８０ｂにおいて、装置幅方向一方側（図中右側）の部分に取り付けられている。ヒータ８８は、加熱部の一例である。
【００５９】
この構成において、ヒータ８８は、フレーム８０及び排出部５２を介して排出部５２から排出される造形材１００を２００〔℃〕以上２５０〔℃〕以下に加熱する。そして、排出部５２は、排出口５４ｂからヒータ８８によって加熱された造形材１００を台部１４の上面１４ａに向けて排出する。ここで、造形材１００が排出部５２の排出口５４ｂから排出される排出方向は、貫通孔５４の中心線ＣＬ１が延びている方向であって、本実施形態では、上下方向とされている。さらに、ヒータ８８は、押付部７４を２００〔℃〕以上２５０〔℃〕以下に加熱する。
【００６０】
〔支持部６０〕
支持部６０は、図１、図６に示されるように、排出部５２に対して装置幅方向の他方側（図中左側）に配置されており、上下方向に延びている本体部６２と、本体部６２の下端部分に取り付けられている接触部材６４と有している。接触部材６４は、接触部の一例である。
【００６１】
−本体部６２−
本体部６２は、金属製で、上下方向に延びている円柱状とされている。本体部６２の上端が、図示せぬ溶接等の取付手段でフレーム８０の下面８０ｃに取り付けられている。さらに、本体部６２の下端部分には、接触部材６４を支持する凹状の凹部６２ａが形成されている。
【００６２】
−接触部材６４−
接触部材６４は、金属製で、球状とされており、接触部材６４の外径は、一例として、１０〔ｍｍ〕とされている。そして、接触部材６４が本体部６２の凹部６２ａに支持された状態で、接触部材６４は、本体部６２に対して各方向に回転可能とされており、接触部材６４の一部は、本体部６２の下端から下方へ突出している。このように、一部が下方から突出した状態で、接触部材６４が本体部６２の凹部６２ａに支持されている。
【００６３】
さらに、接触部材６４は、造形材１００が排出部５２から排出される排出方向（上下方向）で、台部１４の上面１４ａと接触している。また、接触部材６４が台部１４の上面１４ａに接触した状態で、排出口５４ｂと台部１４の上面１４ａとの間には、予め決められた隙が設けられるようになっている。本実施形態では、隙は、一例として、０．５〔ｍｍ〕とされている。なお、各図は、隙が容易に分かるように隙を、造形材１００の外径に対して大きくして示しめしている。
【００６４】
〔作用部７０〕
作用部７０は、図１、図６に示されるように、装置幅方向において、排出部５２を挟んで支持部６０の反対側に配置されている。作用部７０は、上下方向に延びている本体部７２と、排出部５２から排出された造形材１００を台部１４側へ押し付ける押付部７４と備えている。
【００６５】
−本体部７２−
【００６６】
本体部７２は、金属製で、上下方向に延び円柱状とされている。そして、本体部７２の上端が、図示せぬ溶接等の取付手段でフレーム８０の下面８０ｃに取り付けられている。さらに、本体部７２には、押付部７４の一部を収容する収容部７２ａが形成されている。
【００６７】
−押付部７４−
【００６８】
押付部７４は、排出部５２から排出された造形材１００と接触する接触部材７６と、弾性変形して台部１４の上面１４ａ側に接触部材７６を付勢する弾性部材７８とを有している。接触部材７６は、他の接触部材の一例であって、弾性部材７８は、弾性部の一例である。
【００６９】
接触部材７６は、金属製で、球状とされており、接触部材７６の外径は、一例として、１０〔ｍｍ〕とされている。そして、接触部材７６が本体部７２の収容部７２ａに収容された状態で、接触部材７６の一部は、本体部７２の下端から下方へ突出している。このように、一部が下方から突出した状態で、接触部材７６が本体部７２の収容部７２ａに収容されている。弾性部材７８は、上下方向に圧縮する圧縮コイルスプリングであって、圧縮状態で本体部７２の収容部７２ａに収容されている。さらに、弾性部材７８の下端が接触部材７６と接触して、接触部材７６を上面１４ａ側に付勢している。また、この状態で、接触部材７６は、本体部７２に対して各方向に回転可能とされている。
【００７０】
そして、接触部材６４、排出口５４ｂ、及び接触部材７６は、上方から見て、装置幅方向に、直線上に並んでいる。
【００７１】
この構成において、排出ユニット５０は、上下方向に微小なガタを有している。そこで、支持部６０の接触部材６４が台部１４の上面１４ａに接触することで、このガタ分で、排出ユニット５０が上下方向に移動して、支持部６０の接触部材６４の上面１４ａに対する接触状態が維持される。また、この状態で、作用部７０の接触部材７６が、台部１４の上面１４ａに接触している。さらに、接触部材７６は、排出部５２から排出された造形材１００によって持ち上げられ、排出部５２から排出された造形材１００を上面１４ａと間で挟みこむ。また、押付部７４は、弾性部材７８の弾性力により、造形材１００を上面１４ａ側に押し付ける（図３（Ａ）参照）。
【００７２】
（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と異なる部分を主に説明する。
【００７３】
〔造形装置５１０の構成〕
造形装置５１０は、造形装置１０に対して、図１１、図１２に示されるように、排出ユニット５５０のみ異なる。具体的には、造形装置５１０の排出ユニット５５０は、支持部６０、作用部７０、フレーム８０、及びヒータ８８を備えていない。排出ユニット５５０は、排出部５２と、排出部５２を加熱する図示せぬヒータとを備えている。
【００７４】
〔造形装置１０、５１０の作用〕
造形装置５１０は、支持部６０を備えていない。このため、造形装置５１０では、排出部５２の上面１４ａに対する位置が、造形中の上面１４ａと接触することなく決められる。そして、この状態で、排出部５２から造形材１００が台部１４の上面１４ａに排出される。
【００７５】
このため、上下方向における排出部５２と上面１４ａとの相対位置がばらついてしまい、上面１４ａに排出された造形材１００と上面１４ａとの密着力のばらついてしまう。
【００７６】
これに対して、造形装置５１０は、支持部６０を備えている。このため、造形装置１０で造形物を造形する造形するために、排出部５２から造形材１００を排出する前の状態では、図１に示されるように、支持部６０の接触部材６４、及び作用部７０の接触部材７６が、台部１４の上面１４ａに接触している。そして、この状態で、排出部５２の排出口５４ｂと台部１４の上面１４ａとの間には、予め決められた隙が設けられている。
【００７７】
そして、排出部５２から造形材１００を排出して造形物を造形するために、造形装置１０では、ヒータ８８が発熱して各部を加熱する。さらに、図２（Ａ）（Ｂ）に示されるように、排出部５２からヒータ８８によって加熱されて排出された造形材１００の先端が、上面１４ａに接触したことをセンサ５８（図８参照）が検知すると、台部１４が装置幅方向へ移動する。そして、造形装置１０は、一層目を形成する。具体的には、移動ユニット１８（図１０参照）は、排出部５２に対して作用部７０側へ台部１４を移動させる。換言すれば、排出部５２は、接触部材６４が排出部５２の移動方向の下流側となるように移動する。この移動に伴って、台部１４の上面１４ａと接触している接触部材６４及び接触部材７６は、接触が維持された状態で回転する。
【００７８】
このように、造形装置１０では、排出部５２の上面１４ａに対する位置は、造形中の上面１４ａと接触部材６４が接触することで決められることで、台部１４の上面１４ａと排出部５２の排出口５４ｂとの隙のばらつきが抑制される。つまり、接触部材６４は、隙ばらつき抑制手段として機能している。換言すれば、上下方向（造形材１００の排出方向）における排出部５２の排出口５４ｂと台部１４の上面１４ａとの相対位置精度の低下が抑制されている。つまり、接触部材６４は、位置精度低下抑制手段として機能している。
【００７９】
また、接触部材６４によって、台部１４の上面１４ａと排出部５２の排出口５４ｂとの隙のばらつきが抑制されることで、上面１４ａに排出された造形材１００と上面１４ａとの密着力のばらつきが抑制される。つまり、接触部材６４は、密着力ばらつき抑制手段として機能している。
【００８０】
さらに、台部１４の上面１４ａと接触している接触部材６４が回転することで、接触部材６４と上面１４ａとの間で生じる摩擦力が低減する。つまり、回転する接触部材６４は、摩擦力低減手段として機能している。
【００８１】
さらに、図２（Ｂ）、図３（Ａ）に示されるように、接触部材７６は、台部１４の上面１４ａに排出された造形材１００と接触し、上面１４ａに排出された造形材１００は、接触部材７６と上面１４ａとの間に挟まれる。具体的には、ヒータ８８によって加熱された接触部材７６は、弾性部材７８が圧縮することで、造形材１００によって持ち上げられる。そして、弾性部材７８が接触部材７６を台部１４の上面１４ａ側へ付勢することで、押付部７４は、上面１４ａに排出された造形材１００を上面１４ａ側に押し付ける。この状態で、台部１４は、排出部５２に対して移動する。この移動に伴って、造形材１００と接触している接触部材７６は、接触が維持された状態で回転する。
【００８２】
このように、押付部７４は、上面１４ａに排出された造形材１００を上面１４ａ側に押し付けることで、上面１４ａ側に押し付けられた造形材１００の断面を小さくする。換言すれば、押付部７４は、造形材１００を構成する繊維が凝集して、造形材１００の密度を高くする。つまり、押付部７４は、造形材１００の密度を高くする密度上昇手段として機能している。
【００８３】
また、押付部７４によって、造形材１００の密度が高くなることで、夫々の繊維に樹脂が圧着される。これにより、繊維同士を接着させる接着力が強くなる。つまり、押付部７４は、造形材１００の接着力を強くする接着力向上手段として機能している。
【００８４】
さらに、造形材１００によって一層目が上面１４ａに形成されると、移動ユニット１８は、図３（Ａ）（Ｂ）に示されるように、台部１４の装置幅方向の移動を停止し、台部１４を下方へ移動させる。具体的には、移動ユニット１８は、一層の厚さ分（本実施形態０．４〔ｍｍ〕）だけ、台部１４を下方へ移動させる。この台部１４の下方への移動により、台部１４の上面１４ａと接触部材６４とは、上下方向で離間する。なお、この状態で、作用部７０の接触部材７６については、この台部１４の下方への移動により、弾性部材７８が延びることで上面１４ａに排出された造形材１００との接触が維持されている。
【００８５】
さらに、台部１４が下方へ移動すると、図３（Ｂ）、図４（Ａ）に示されるように、移動ユニット１８は、台部１４を回転させる。具体的には、移動ユニット１８は、排出部５２における貫通孔５４の中心線ＣＬ１を回転中心として、台部１４を１８０〔度〕回転させる。これにより、一層目を構成する造形材１００が、台部１４の上面と支持部６０の接触部材６４との間に挟まれ、接触部材６４が、一層目を構成する造形材１００と接触する。この状態で、作用部７０の接触部材７６については、台部１４の上面１４ａとの接触が維持されず、接触部材７６と台部１４の上面１４ａとは、上下方向で離間する。具体的には、接触部材７６と台部１４の上面１４ａとの間には、一層分の隙が生じる。
【００８６】
さらに、台部１４が回転すると、図４（Ａ）（Ｂ）に示されるように、台部１４が装置幅方向へ移動する。そして、造形装置１０は、二層目を形成する。具体的には、移動ユニット１８は、排出部５２に対して作用部７０側へ台部１４を移動させる。この移動に伴って、一層目を構成する造形材１００と接触している接触部材６４は、接触が維持されて回転する。
【００８７】
さらに、図４（Ｂ）、図５に示されるように、接触部材７６は、一層目を構成する造形材１００に重ねるように、排出部５２から排出された造形材１００と接触し、排出された造形材１００は、接触部材７６と一層目を構成する造形材１００との間に挟まれる。具体的には、ヒータ８８によって加熱された接触部材７６は、弾性部材７８が圧縮することで、造形材１００によって持ち上げられる。そして、弾性部材７８が接触部材７６を台部１４の上面１４ａ側へ付勢することで、押付部７４は、排出された造形材１００を上面１４ａ側に押し付ける。この状態で、台部１４は、排出部５２に対して移動する。この移動に伴って、排出された造形材１００と接触している接触部材７６は、接触が維持された状態で回転する。
【００８８】
前述した工程を繰り返し、造形材１００の層を複数重ねることで、造形物が造形される。
【００８９】
（評価）
次に、造形装置１０を用いて造形されたテストピースと、造形装置５１０を用いて造形されたテストピースとを用いて曲げ弾性率を夫々評価した。曲げ弾性率については、引張り試験機を使用して、ＪＩＳ−Ｋ７１７１、及びＩＳ０１７８に準じた方法で評価した（測定した）。図９には評価結果がグラフで示されている。グラフの縦軸は、曲げ弾性率の大小とされている。このグラフから分かるように、造形装置１０を用いて造形されたテストピース（造形物）の曲げ弾性率が、造形装置５１０を用いて造形されたテストピース（造形物）の曲げ弾性率と比して高くなっている。
【００９０】
つまり、造形装置１０を用いて造形された造形物は、造形装置５１０を用いて造形された造形物と比して、外力に対する変形量が小さい。換言すれば、造形装置１０を用いて造形された造形物は、造形装置５１０を用いて造形された造形物と比して、変形に対する抵抗力が大きい。つまり、造形装置１０を用いて造形された造形物は、造形装置５１０を用いて造形された造形物と比して、強度が強い。
【００９１】
（まとめ）
以上説明したように、造形装置１０では、造形装置５１０と比して、造形材１００の排出方向における排出部５２と上面１４ａとの相対位置精度の低下が抑制される。
【００９２】
また、造形装置１０では、上面１４ａ又は層を構成する造形材１００と接触している接触部材６４は、排出部５２に対する台部１４の移動に伴って回転する。このため、接触部材が上面１４ａに対して滑る場合と比して、接触部材６４と上面１４ａとの間で生じる摩擦力、又は接触部材６４と層を構成する造形材１００との間で生じる摩擦力が低減する。
【００９３】
また、造形装置１０では、接触部材６４は球状で外径が１０〔ｍｍ〕とされ、排出口５４ｂの外径は、０．４〔ｍｍ〕とされている。換言すれば、排出口５４ｂから排出される造形材１００は円柱状で、外径が０．４〔ｍｍ〕とされている。つまり、接触部材６４の外径は、排出部５２から排出される造形材１００の外径と比して大きくされている。このため、接触部材の外径が、排出口５４ｂの外径に対して小さい場合と比して、接触部材が層を構成する造形材１００と接触するときに、層を構成する造形材１００が部分的に凹むのが抑制される。
【００９４】
なお、造形材１００が部分的に凹むのを抑制する観点から接触部材６４の外径は大きい程好ましい。また、支持部６０の軽量化の観点から接触部材の外径は小さい程好ましい。以上より、接触部材６４の外径をＲ１とし、造形材１００の外径をＲ２とすると、外径Ｒ１は、外径Ｒ２の１０００〔％〕以上４０００〔％〕以下が好ましく、１５００〔％〕以上３５００〔％〕以下がさらに好ましく、２０００〔％〕以上３０００〔％〕以下が特に好ましい。
【００９５】
また、造形装置１０では、押付部７４は、上面１４ａに排出された造形材１００を上面１４ａ側に押し付けている。このため、造形装置５１０と比して、造形材１００において繊維同士を接着させる接着力が強くなる。
【００９６】
また、造形装置１０では、造形材１００と接触している接触部材７６は、排出部５２に対する台部１４の移動に伴って回転する。このため、接触部材が造形材に対して滑る場合と比して、接触部材７６と造形材１００との間で生じる摩擦力が低減する。
【００９７】
また、造形装置１０では、接触部材７６は球状で外径が１０〔ｍｍ〕とされ、排出口５４ｂの外径は、０．４〔ｍｍ〕とされている。換言すれば、排出口５４ｂから排出される造形材１００は円柱状で、外径が０．４〔ｍｍ〕とされている。つまり、接触部材７６の外径は、排出部５２から排出される造形材１００の外径と比して大きくされている。このため、接触部材の外径が、排出口５４ｂの外径に対して小さい場合と比して、接触部材７６が造形材１００と接触するときに、造形材１００が部分的に凹むのが抑制される。
【００９８】
なお、造形材１００が部分的に凹むのを抑制する観点から接触部材７６の外径は大きい程よい。また、作用部７０の軽量化の観点から接触部材の外径は小さい程よい。以上より、接触部材７６の外径をＲ１とし、造形材１００の外径をＲ２とすると、外径Ｒ１は、外径Ｒ２の１０００〔％〕以上４０００〔％〕以下が好ましく、１５００〔％〕以上３５００〔％〕以下がさらに好ましく、２０００〔％〕以上３０００〔％〕以下が特に好ましい。
【００９９】
また、造形装置１０では、ヒータ８８が接触部材７６を加熱する。そこで、押付部７４は、上面１４ａに排出された造形材１００を加熱しながら上面１４ａ側に押し付ける。このため、造形材が常温の状態で上面１４ａ側に押し付けられる場合と比して、造形材１００の密度が高くなることで、造形材１００において繊維同士を接着させる接着力が強くなる。
【０１００】
また、造形装置１０では、上下方向（造形材の排出方向）から見て、接触部材６４、排出口５４ｂ、及び接触部材７６は、装置幅方向に延びる直線上に配置されている。上下方向から見て、接触部材６４、排出部５２、及び接触部材７６が多角形状に配置されている場合と比して、台部１４の移動方向から見て、排出ユニット５０が傾いた場合でも、排出部５２の排出口５４ｂから上面１４ａへ排出される造形材１００の排出位置がばらつくのが抑制される。
【０１０１】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る造形装置の一例について図１３〜図１５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。
【０１０２】
（構成）
第２実施形態に係る造形装置２１０は、第１実施形態の造形装置１０に対して排出ユニット２５０のみ異なる。造形装置２１０の排出ユニット２５０のフレーム２８０は、図１３、図１４に示されるように、第１実施形態のフレーム８０に対して装置幅方向の他方側に延びている。また、排出ユニット２５０は、支持部６０を２個備えている。
【０１０３】
具体的には、２個の支持部６０は、排出部５２に対して装置幅方向の他方側（図中左側）に配置されており、装置幅方向に並んでいる。そして、２個の接触部材６４、排出口５４ｂ、及び接触部材７６は、上方から見て、装置幅方向に延びる直線上に並んでいる。以下の説明では便宜上、排出部５２に近接した側の支持部６０を第一支持部６０ａと称し、排出部５２に対して離間した側の支持部６０を第二支持部６０ｂと称する。
【０１０４】
この構成において、造形装置２１０で造形物を造形する造形するために、排出部５２から造形材１００を排出する前の状態では、図１３に示されるように、第一支持部６０ａの接触部材６４、第二支持部６０ｂの接触部材６４、及び作用部７０の接触部材７６が、台部１４の上面１４ａに接触している。そして、この状態で、排出部５２の排出口５４ｂと台部１４の上面１４ａとの間には、予め決められた隙が設けられている。
【０１０５】
ここで、装置奥行方向から見て、装置幅方向で離間している第一支持部６０ａの接触部材６４と、第二支持部６０ｂの接触部材６４との２点が台部１４の上面１４ａに接触することで、台部１４に対する排出ユニット２５０の相対位置が決められている。
【０１０６】
そして、図１５（Ａ）に示されるように、第一支持部６０ａの接触部材６４及び第二支持部６０ｂの接触部材６４が上面１４ａに接触している状態で、排出部５２に対して台部１４が移動し、排出部５２が台部１４の上面１４ａに造形材１００を排出する。また、図１５（Ｂ）に示されるように、第一支持部６０ａの接触部材６４及び第二支持部６０ｂの接触部材６４が一層目を構成する造形材１００に接触している状態で、排出部５２に対して台部１４が移動し、排出部５２が一層目を構成する造形材１００に重ねるように造形材１００を排出する。
【０１０７】
以上説明したように、造形装置２１０では、第一支持部６０ａの接触部材６４及び第二支持部６０ｂの接触部材６４の２点で上面１４ａ又は層を構成する造形材１００に接触するため、１点で接触する場合と比して、上下方向における排出部５２と台部１４との相対位置精度の低下が抑制される。
【０１０８】
また、造形装置２１０では、２個の接触部材６４、及び排出口５４ｂは、上方から見て、装置幅方向に延びる直線上に並んでいる。このため、上下方向から見て、２個の接触部材６４、及び排出口５４ｂが多角形状に配置されている場合と比して、台部１４の移動方向から見て、排出ユニット２５０が傾いた場合でも、排出部５２の排出口５４ｂから上面１４ａへ排出される造形材１００の排出位置がばらつくのが抑制される。
【０１０９】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る造形装置の一例について図１６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。
【０１１０】
（構成）
第３実施形態に係る造形装置３１０は、第１実施形態の造形装置１０に対して排出ユニット３５０のみ異なる。造形装置３１０の排出ユニット３５０のフレーム３８０は、第１実施形態のフレーム８０に対して装置奥行方向の両側に延びている。また、排出ユニット３５０は、支持部６０を３個備えている。
【０１１１】
具体的には、１個の支持部６０は、図１６に示されるように、排出部５２に対して装置幅方向の他方側に配置されている。そして、他の２個の支持部６０は、装置奥行方向から排出部５２を挟むように配置されている。
【０１１２】
このように、装置奥行方向から排出部５２を挟むように２個の支持部６０が配置されることで、台部１４の移動方向（装置奥行方向）から見て、排出ユニット３５０が台部１４に対して傾くのが抑制される。
【０１１３】
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、本発明はかか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、台部１４が移動することで、台部１４と排出部５２とが相対移動したが、排出部が移動してもよく、台部と排出部の両方が移動してもよい。
【０１１４】
また、上記実施形態では、支持部６０、作用部７０は、フレーム８０、２８０、３８０を介して排出部５２に取り付けられたが、支持部、作用部が、排出部に直接取り付けられてもよい。
【０１１５】
また、上記第１実施形態では、上向から見て、接触部材６４、排出口５４ｂ、及び接触部材７６が直線上に配置されたが、直線上に配置されていなくてもよい。しかし、この場合には、直線上に配置されることで奏する作用は奏しない。
【０１１６】
また、上記実施形態では、排出部５２と台部１４との相対移動に伴って、球状の接触部材６４が回転したが、接触部材が回転しなくてもよい。この場合には、上面１４ａ等との摩擦力を低減させるために、接触部材の表面にフッ素コート等を形成してもよい。
【０１１７】
また、上記実施形態では、排出ユニット５０、２５０、３５０は、排出部５２から排出された造形材１００を台部１４側へ押し付ける押付部７４を備えたが、押付部７４を備えなくてもよい。しかし、この場合には、押付部を備えることで奏する作用は奏しない。
【符号の説明】
【０１１８】
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）
５２  排出部
５４ｂ      排出口
６４  接触部材（接触部の一例）
７４  押付部
７６  接触部材（他の接触部の一例）
７８  弾性部材（弾性部の一例）
８８  ヒータ（加熱部の一例）
１００      造形材
１１０      繊維束
２１０      造形装置
３１０      造形装置
【図１】
2020044772.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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