(57)【要約】【課題】マイクロペレットの使用量を低減することができ、必要とする特性を有する樹脂成形品を得ることができる樹脂成形方法を提供する。【解決手段】樹脂成形方法においては、三次元形状に積層された予備成形体２を成形する予備成形工程と、予備成形体２を成形型３内に配置する配置工程と、成形型３を透過した電磁波によって予備成形体２を加熱して溶融させ、溶融した樹脂材料２０を成形型３内に充填する充填工程と、溶融した樹脂材料２０を成形型３内において冷却して固化させる冷却工程とを行う。冷却工程においては、成形型３内に、予備成形体２の積層界面２１がなくなるように一体化された樹脂成形品が成形される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料が積層された三次元形状の１つ又は複数の予備成形体を成形する予備成形工程と、
成形型内に前記予備成形体を配置する配置工程と、
前記成形型を透過した電磁波、又は一対の電極によって印加される電磁波としての交番電界によって前記予備成形体を加熱して溶融させ、溶融した材料を前記成形型内に充填する充填工程と、
前記溶融した材料を前記成形型内において冷却して固化させ、前記成形型内に、前記予備成形体の積層界面がなくなるように前記材料が一体化された樹脂成形品を成形する冷却工程と、を含む樹脂成形方法。
【請求項２】
前記予備成形工程においては、長尺状の熱可塑性樹脂からなるフィラメントを、加熱して溶融させた状態で吐出して三次元形状に積層する熱溶解積層法によって、前記予備成形体の少なくとも一つを成形する、請求項１に記載の樹脂成形方法。
【請求項３】
前記予備成形工程においては、熱可塑性樹脂の固体又は粉粒体を加熱して溶融させた後の糸状の樹脂材料を、押出成形装置から押し出して三次元形状に積層する押出成形法によって、前記予備成形体の少なくとも一つを成形する、請求項１に記載の樹脂成形方法。
【請求項４】
前記予備成形工程においては、液状材料を滴下して三次元形状に積層するインクジェット法によって、前記予備成形体の少なくとも一つを成形する、請求項１に記載の樹脂成形方法。
【請求項５】
前記予備成形工程においては、粉末材料を加熱によって焼結して三次元形状に造形する粉末焼結積層造形法によって、複数の前記予備成形体のうちのいずれかを成形する、請求項１に記載の樹脂成形方法。
【請求項６】
前記予備成形工程においては、超音波振動するホーンによって粉末を溶融させて超音波成形型内に充填する超音波粉末成形法によって、複数の前記予備成形体のうちのいずれかを成形する、請求項２〜５のいずれか１項に記載の樹脂成形方法。
【請求項７】
前記予備成形工程においては、ゴム型内において液状のナイロンモノマーを重合させるナイロン注型法によって、複数の前記予備成形体のうちのいずれかを成形する、請求項２〜５のいずれか１項に記載の樹脂成形方法。
【請求項８】
前記予備成形工程においては、粒状の熱可塑性樹脂材料による粒状物同士が接触する界面を溶融させ、前記粒状物同士が間隙を介して互いに固着した、前記予備成形体の少なくとも一つとしての三次元形状の粒状物結合体を成形する、請求項２〜５のいずれか１項に記載の樹脂成形方法。
【請求項９】
前記予備成形工程においては、予備成形型内に配置された前記粒状物に電磁波を照射又は印加して、前記粒状物結合体を成形する、請求項８に記載の樹脂成形方法。
【請求項１０】
前記予備成形工程においては、ステージ上に積層される前記粒状物に光を照射して、前記粒状物結合体を成形する、請求項８に記載の樹脂成形方法。
【請求項１１】
前記予備成形工程においては、複数の前記予備成形体を成形し、
前記配置工程においては、複数の前記予備成形体を前記成形型内に配置し、
前記充填工程及び前記冷却工程においては、複数の前記予備成形体同士の間の境界部分を溶融させて互いに接合することによって前記樹脂成形品を成形する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の樹脂成形方法。
【請求項１２】
前記配置工程においては、前記成形型内に前記予備成形体及び粉末材料も配置し、
前記充填工程及び前記冷却工程においては、前記予備成形体及び前記粉末材料を溶融させて、前記粉末材料によって前記予備成形体の三次元形状を補って前記樹脂成形品を成形する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の樹脂成形方法。
【請求項１３】
前記成形型は、ゴム材料によるゴム型、硬化性樹脂材料による樹脂型、セメント材料によるセメント型、又は石膏材料による石膏型によって形成されている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の樹脂成形方法。
【請求項１４】
前記充填工程及び前記冷却工程においては、真空状態にした前記成形型内に前記溶融した材料を充填するとともに、前記成形型の外部から内部に圧力を作用させる、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の樹脂成形方法。
【請求項１５】
前記成形型は、複数に分割された型部によって構成されており、
複数の前記型部の間には、前記樹脂成形品を成形するためのキャビティが形成されており、
前記充填工程においては、前記予備成形体が溶融するときに、複数の前記型部が互いに接近して、縮小された前記キャビティ内に前記溶融した材料を充填する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の樹脂成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を照射して樹脂成形品を成形する樹脂成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂の樹脂成形品を成形する方法としては、射出成形法、ブロー成形法、プレス成形法等がある。これらの成形方法においては、金属製の成形型である金型が使用され、金型を製造する際に、金属材料を三次元的に切削加工する必要があり、この切削加工に手間がかかる。一方、成形型を用いずに熱可塑性樹脂の成形を可能にした成形方法としては、３Ｄプリンター等として知られる積層造形法がある。積層造形法においては、成形型が不要である一方、成形された樹脂成形品に積層界面が残ることによる特性上の弱点がある。また、非金属材料からなる成形型を用いて熱可塑性樹脂の成形を可能にする成形方法としては、例えば、特許文献１に示される熱可塑性樹脂成形品の成形方法がある。
【０００３】
特許文献１の熱可塑性樹脂成形品の成形方法においては、金型の代わりにゴム型を用い、ゴム型の表面から照射される電磁波によって、ゴム型内の熱可塑性樹脂が加熱されて、熱可塑性樹脂成形品が得られる。この電磁波を用いて成形型内に熱可塑性樹脂の成形品を成形する方法のことを、便宜上、電磁波照射成形法と呼ぶ。また、特許文献１の熱可塑性樹脂成形品の成形方法においては、ゴム型のキャビティの一部に、キャビティの一部に沿った形状の固形状態の第１熱可塑性樹脂を配置するとともに、キャビティの残部に、固形状態、粒子状態又は溶融状態の第２熱可塑性樹脂を配置して、第１熱可塑性樹脂と第２熱可塑性樹脂とが一体化した熱可塑性樹脂成形品が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１４０２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１等の電磁波照射成形法においては、粒子状態の熱可塑性樹脂を用いる場合には、原料として、熱可塑性樹脂のペレットを更に微細化したマイクロペレットを用いる必要がある。このマイクロペレットの製造には手間がかかり、樹脂成形品の小ロット生産を行う場合等には不向きである。
【０００６】
また、特許文献１の電磁波照射成形法においては、どのような成形方法によって成形された固体状態の熱可塑性樹脂を用いるかについては記載されていない。仮に、電磁波を照射して成形した固体状態の熱可塑性樹脂を用いる場合には、原料としてマイクロペレットを用いる必要がある。
【０００７】
また、従来の積層造形法によって成形された樹脂成形品においては、成形された樹脂成形品に積層界面が残ることにより、積層方向の強度が低い、樹脂成形品の密度が低い、樹脂成形品の表面に段差又は凹凸がある等の課題がある。そのため、積層造形法によって成形された樹脂成形品によっては、必要とする特性を有する樹脂成形品が得られない場合がある。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、マイクロペレットの使用量を低減することができ、必要とする特性を有する樹脂成形品を得ることができる樹脂成形方法を提供しようとして得られたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、ノズルから吐出された材料が積層された三次元形状の１つ又は複数の予備成形体を成形する予備成形工程と、
成形型内に前記予備成形体を配置する配置工程と、
前記成形型を透過した電磁波によって前記予備成形体を加熱して溶融させ、溶融した材料を前記成形型内に充填する充填工程と、
前記溶融した材料を前記成形型内において冷却して固化させ、前記成形型内に、前記予備成形体の積層界面がなくなるように前記材料が一体化された樹脂成形品を成形する冷却工程と、を含む樹脂成形方法にある。
【発明の効果】
【００１０】
前記一態様の樹脂成形方法においては、三次元形状に積層して成形された１つ又は複数の予備成形体を原材料として用いて、電磁波を用いて成形型内に樹脂成形品を成形する。以降、充填工程として示される、電磁波を用いて成形型内に樹脂成形品を成形する方法のことを、電磁波照射成形又は電磁波照射成形法という。
【００１１】
具体的には、予備成形工程においては、ノズルから吐出された材料が積層された三次元形状の１つ又は複数の予備成形体を成形する。ノズルから吐出される材料は、糸状に吐出されて積層される場合、粒状に吐出されて積層される場合等がある。
【００１２】
次いで、配置工程においては、成形型内に予備成形体を配置する。次いで、充填工程においては、成形型を透過した電磁波によって予備成形体を加熱して溶融させ、溶融した材料を成形型内に充填する。そして、冷却工程においては、溶融した材料を成形型内において冷却して固化させる。配置工程、充填工程及び冷却工程が行われたときには、成形型内に、予備成形体の積層界面がなくなるように一体化された樹脂成形品が成形される。
【００１３】
予備成形工程においては、積層界面を有する予備成形体は、従来の積層造形法（３Ｄプリンター、ＡＭ：アディティブ・マニュファクチャリング等と呼ぶことがある。）によって成形することができる。そして、従来の積層造形法においては、固形状のペレットよりも小さい粒状のマイクロペレットを使用せずに樹脂の成形が可能である。そのため、マイクロペレットを製造する手間を省くことができる。なお、配置工程においては、成形する樹脂成形品の形状等を改善するために、粉末材料としてマイクロペレットを使用することは可能である。
【００１４】
また、前記樹脂成形方法において用いる成形型は、ゴム材料、硬化性樹脂材料、セメント材料、石膏材料等の非金属材料を用いて製造することができる。そのため、成形型の製造が容易であり、前記一態様の樹脂成形方法は、小ロットの生産にも適している。
【００１５】
また、予備成形体を用いて電磁波照射成形を行って得られた樹脂成形品においては、積層造形法によって成形された樹脂成形品によっては得られなかった特性を得ることができる。具体的には、前記樹脂成形方法によれば、積層造形法によって成形された樹脂成形品における課題である、積層界面があることによって積層方向の強度が低いといった課題、樹脂成形品の密度が低いといった課題、樹脂成形品の表面に段差があるといった課題等を解決することができる。
【００１６】
また、例えば硬度が低い樹脂材料等の、マイクロペレットの製造が困難な種類の樹脂材料についても、従来の積層造形法によって成形した予備成形体を用いて電磁波照射成形を行うことにより、積層界面がほとんどない樹脂成形品を得ることができる。
【００１７】
このように、前記一態様の樹脂成形方法によれば、マイクロペレットの使用量を低減することができ、必要とする特性を有する樹脂成形品を得ることができる。
【００１８】
予備成形工程においては、成形する樹脂成形品の形状がそれほど複雑でない場合には、成形型のキャビティの形状に沿った１つの予備成形体を成形することができる。この場合には、充填工程及び冷却工程において、予備成形体の全体を溶融させて樹脂成形品を得ることができる。
【００１９】
また、予備成形工程においては、成形する樹脂成形品の形状が複雑である場合には、成形型のキャビティのそれぞれの部分の形状に沿った複数の予備成形体を成形することができる。この場合には、充填工程及び冷却工程において、複数の予備成形体を溶融させるとともに、予備成形体同士を、予備成形体同士が対面する界面部分において接合させて、樹脂成形品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施形態にかかる、樹脂成形方法の配置工程において、成形型内に予備成形体が配置された状態を示す説明図である。
【図２】図２は、図１の一部を拡大して示す説明図である。
【図３】図３は、実施形態にかかる、樹脂成形方法の充填工程及び冷却工程において、成形型内に樹脂成形品が成形された状態を示す説明図である。
【図４】図４は、図３の一部を拡大して示す説明図である。
【図５】図５は、実施形態にかかる、熱溶解積層装置を示す説明図である。
【図６】図６は、実施形態にかかる、押出成形装置を示す説明図である。
【図７】図７は、実施形態にかかる、インクジェット装置を示す説明図である。
【図８】図８は、実施形態にかかる、粉末焼結積層造形装置を示す説明図である。
【図９】図９は、実施形態にかかる、超音波粉末成形装置を示す説明図である。
【図１０】図１０は、実施形態にかかる、ナイロン注型装置を示す説明図である。
【図１１】図１１は、実施形態にかかる、予備成形型及び電磁波発生器を備える予備成形装置を示す説明図である。
【図１２】図１２は、実施形態にかかる、粒状物同士が表面部位の界面において互いに固着した状態を拡大して模式的に示す説明図である。
【図１３】図１３は、実施形態にかかる、予備成形体が成形型のキャビティ内に配置された状態を拡大して模式的に示す説明図である。
【図１４】図１４は、実施形態にかかる、ステージ上に粒状物層を形成する他の予備成形装置を示す説明図である。
【図１５】図１５は、実施形態にかかる、ステージ上の粒状物層に収束光を照射する他の予備成形装置を示す説明図である。
【図１６】図１６は、実施形態にかかる、他の予備成形装置を示す平面図である。
【図１７】図１７は、実施形態にかかる、樹脂成形方法の充填工程及び冷却工程において、他の成形型内に樹脂成形品が成形された状態を示す説明図である。
【図１８】図１８は、実施形態にかかる、他の電磁波成形装置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜実施形態＞
前述した樹脂成形方法にかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
本形態の樹脂成形方法においては、予備成形工程、配置工程、充填工程及び冷却工程を行って、熱可塑性樹脂の樹脂成形品１を成形（製造）する。図５〜図７に示すように、予備成形工程においては、ノズル５１１，５２１，５３１から吐出された材料が積層された三次元形状の１つ又は複数の樹脂の予備成形体２を成形する。
【００２２】
図１及び図２に示すように、配置工程においては、成形型３内に、１つ又は複数の樹脂の予備成形体２を配置する。図３及び図４に示すように、充填工程においては、成形型３を透過した電磁波によって樹脂の予備成形体２を加熱して溶融させ、溶融した樹脂材料２０を成形型３内に充填する。冷却工程においては、溶融した樹脂材料２０を成形型３内において冷却して固化させ、成形型３内に、予備成形体２の積層界面２１がなくなるように樹脂材料２０が一体化された樹脂成形品１を成形する。
【００２３】
なお、図１及び図２においては、予備成形体２において複数に積層された樹脂材料２０の断面を模式的に示す。また、図３及び図４においては、複数に積層された樹脂材料２０が溶融して一体化された状態を模式的に示す。
【００２４】
以下に、本形態の樹脂成形方法について詳説する。
本形態の樹脂成形方法は、電磁波を用いて成形型３内に樹脂成形品１を成形する電磁波成形を行うものであり、この電磁波成形を行う際に成形型３内に配置する原材料として、積層造形法によって成形（造形）された予備成形体２を用いるものである。
【００２５】
（予備成形体２）
図２に示すように、予備成形体２は、種々の積層造形法によって三次元形状に積層されたものであり、熱可塑性樹脂の成形体によって構成されている。積層造形法は、ノズル５１１，５２１，５３１から糸状（線状）又は粒状に吐出する熱可塑性樹脂材料を三次元形状に積層する種々の３Ｄプリンター（ＡＭ：アディティブ・マニュファクチャリング）を用いて、樹脂成形品１を成形（造形）する方法である。
【００２６】
積層造形法による工法としては、熱溶解積層法（材料押出堆積法）：ＦＤＭ（Fused  Deposition  Modeling）、押出成形法、インクジェット法、粉末焼結積層造形法：ＳＬＳ（Selective  Laser  Sintering）等がある。また、樹脂成形品１の一部を構成するための予備成形体２を成形する工法としては、超音波粉末成形法、ナイロン注型法等がある。
【００２７】
（熱溶解積層法）
図５に示すように、熱溶解積層法においては、熱溶解積層装置５１を用いて、長尺状（糸状）の熱可塑性樹脂からなるフィラメント（樹脂材料）２０Ａを、加熱して溶融させた状態でノズル５１１から吐出して、テーブル５１３上に三次元形状に積層する。より具体的には、熱溶解積層装置５１は、フィラメント２０Ａを加熱する加熱装置５１２が設けられて、Ｘ方向及びＹ方向としての平面方向（水平方向）Ｘ，Ｙに移動可能なノズル５１１と、平面方向Ｘ，Ｙに直交するＺ方向としての垂直方向（鉛直方向）Ｚに移動して、ノズル５１１から吐出されるフィラメント２０Ａを積層するためのテーブル５１３とを有する。
【００２８】
そして、平面方向Ｘ，Ｙに移動するノズル５１１から吐出される溶融状態のフィラメント２０Ａを、垂直方向Ｚに段階的に移動するテーブル５１３上及び既にテーブル５１３に積層されたフィラメント２０Ａ上に、垂直方向Ｚに向けて順次積層することによって、三次元形状の予備成形体２が得られる。熱溶解積層法によって成形された予備成形体２においては、糸状の樹脂材料２０が積層界面２１を介して積層されている。
【００２９】
熱溶解積層法においては、種々の熱可塑性樹脂の予備成形体２を成形することができる。熱溶解積層法においては、例えば、ＰＬＡ（ポリラクティックアシッド樹脂）、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂）、ＴＰＵ（熱可塑性ポリウレタン樹脂）、ＨＩＰＳ（耐衝撃性ポリスチレン樹脂）、ＰＥＴ／Ｇ（グリコール変性ポリエチレンテレフタレート樹脂）、ＰＣ（ポリカーボネート樹脂）、ＰＡ（ポリアミド樹脂）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール樹脂）、ＰＰ（ポリプロピレン樹脂）等の造形をすることができる。
【００３０】
（押出成形法）
図６に示すように、押出成形法においては、熱可塑性樹脂の固体又は粉粒体を加熱して溶融させた後の糸状の樹脂材料２０を、押出成形装置５２のダイス５２０に設けられたノズル５２１から押し出して、テーブル５２６上に三次元形状に積層する。より具体的には、押出成形装置５２は、固体又は粉粒体の樹脂材料２０を投入するための投入口５２２と、投入口５２２から投入された樹脂材料２０が収容されるシリンダー５２３と、シリンダー５２３内の樹脂材料２０を加熱する加熱装置５２４と、シリンダー５２３内の樹脂材料２０を混錬するスクリュー５２５と、スクリュー５２５の回転によって樹脂材料２０が糸状に押し出されるダイス５２０及びノズル５２１と、ダイス５２０及びノズル５２１から押し出される樹脂材料２０が三次元形状に積層されるテーブル５２６とを有する。
【００３１】
そして、ノズル５２１から吐出される樹脂材料２０を、平面方向Ｘ，Ｙに移動するテーブル５２６上及び既にテーブル５２６に積層された樹脂材料２０上に、垂直方向Ｚに向けて順次積層することによって、三次元形状の予備成形体２が得られる。押出成形法によって成形された予備成形体２においては、糸状の樹脂材料２０が積層界面２１を介して積層されている。
【００３２】
押出成形法においては、熱溶解積層法において列挙した熱可塑性樹脂と同様の熱可塑性樹脂を成形することができる。
【００３３】
（インクジェット法）
図７に示すように、インクジェット法においては、インクジェット装置５３を用いて、液状の樹脂材料２０をテーブル５３２上に滴下して固化させて、テーブル５３２上に三次元形状に積層する。より具体的には、インクジェット装置５３は、Ｘ方向及びＹ方向としての平面方向（水平方向）Ｘ，Ｙに移動して、液状の樹脂材料２０を滴下するノズルヘッド５３０のノズル５３１と、平面方向Ｘ，Ｙに直交するＺ方向としての垂直方向（鉛直方向）Ｚに移動して、ノズルヘッド５３０のノズル５３１から滴下される液状の樹脂材料２０を積層するためのテーブル５３２とを有する。また、インクジェット装置５３は、テーブル５３２に滴下された液状の樹脂材料２０の上層部をカットして、樹脂材料２０の表面を平坦にするカットローラを有していてもよい。
【００３４】
そして、平面方向Ｘ，Ｙに移動するノズルヘッド５３０のノズル５３１から滴下された樹脂材料２０を、垂直方向Ｚに段階的に移動するテーブル５３２上及び既にテーブル５３２に積層された樹脂材料２０上に、垂直方向Ｚに向けて順次積層することによって、三次元形状の予備成形体２が得られる。インクジェット法によって成形された予備成形体２においては、平面方向Ｘ，Ｙ及び垂直方向Ｚに粒状の樹脂材料２０が積層界面２１を介して積層されている。
【００３５】
インクジェット法においては、造形用ワックスの他に、固化しやすい熱可塑性樹脂の造形をすることができる。
【００３６】
（粉末焼結積層造形法）
図８に示すように、粉末焼結積層造形法においては、粉末焼結積層造形装置５４を用いて、粉末状の樹脂材料２０にレーザＲを照射して、レーザＲが照射された樹脂材料２０の部分を加熱するとともに焼結させ、焼結された樹脂部分２０Ｂによって樹脂材料２０を三次元形状に造形する。粉末焼結積層造形装置５４は、Ｚ方向としての垂直方向Ｚに段階的に移動するとともに、粉末状の樹脂材料２０を貯留する容器５４１と、レンズによって、垂直方向Ｚに直交する、Ｘ方向及びＹ方向としての平面方向Ｘ，ＹにＣＯ2レーザ等のレーザＲを移動させて、容器５４１内の粉末状の樹脂材料２０に照射するレーザ照射装置５４２とを有する。
【００３７】
そして、平面方向Ｘ，Ｙに移動するレーザＲによって、容器５４１内の粉末状の樹脂材料２０を焼結（固化）させるとともに、容器５４１の垂直方向Ｚへの段階的な移動によって、焼結された樹脂部分２０Ｂを積層することによって、三次元形状の予備成形体２が得られる。粉末焼結積層造形法によって造形（成形）された予備成形体２においては、平面方向Ｘ，Ｙ及び垂直方向Ｚに粉末状（粒状）の樹脂材料２０が積層界面２１を介して積層されている。
【００３８】
また、粉末焼結積層造形法による粉末焼結積層造形装置５４は、レーザＲを使用する代わりに、ハロゲンランプ（近赤外線）等の熱を加える手段を使用し、フュージングエージェント（溶解促進剤）及びディテイリングエージェント（表面装飾剤）を用いて、三次元形状の予備成形体２を造形することもできる。より具体的には、粉末焼結積層造形装置５４においては、粉末状の熱可塑性樹脂の上にフュージングエージェント及びディテイリングエージェントを噴射し、この噴射部分を近赤外線等によって加熱して溶融させて、粉末状の熱可塑性樹脂同士を融合させる。そして、粉末状の熱可塑性樹脂を層状に敷く工程、フュージングエージェント及びディテイリングエージェントを噴射する工程、及び噴射部分を加熱する工程を繰り返して、所望の形状の予備成形体２を成形することができる。この粉末焼結積層造形装置５４によれば、高速で高品質な予備成形体２を得ることができる。
【００３９】
粉末焼結積層造形法においては、例えば、ＰＡ１２（ポリアミド１２樹脂）、ガラスビーズ添加ＰＡ１２、ＰＡ１１（ポリアミド１１樹脂）、ＰＡ６（ポリアミド６樹脂）、ＰＰ（ポリプロピレン樹脂）、ＴＰＥ（熱可塑性エラストマー樹脂）、ロストワックス用のＰＳ（ポリスチレン樹脂）等の造形をすることができる。
【００４０】
（超音波粉末成形法）
図９に示すように、超音波粉末成形法においては、超音波粉末成形装置５５を用いて、超音波振動するホーン５５１によって粉末状の樹脂材料２０を溶融させて、超音波成形型５５２内に充填し、超音波成形型５５２内に三次元形状の成形体を成形（造形）する。超音波粉末成形装置５５は、超音波振動して粉末状の樹脂材料２０を溶融させるホーン５５１と、溶融した樹脂材料２０が充填される超音波成形型５５２とを有する。
【００４１】
超音波粉末成形法によって成形される成形体においては、積層界面２１はほとんど形成されない。超音波粉末成形法によって成形される成形体は、樹脂成形品１の一部を構成する予備成形体２として、他の積層造形法によって成形された予備成形体２とともに配置工程において用いることができる。この場合には、充填工程及び冷却工程を行ったときには、他の積層造形法によって成形された予備成形体２における積層界面２１がなくなるとともに、この予備成形体２と、超音波粉末成形法によって成形された予備成形体２とが、予備成形体２同士の間の境界部分において溶融して接合される。
【００４２】
超音波粉末成形法においては、種々の熱可塑性樹脂の造形をすることができる。
【００４３】
（ナイロン注型法）
図１０に示すように、ナイロン注型法においては、ナイロン注型装置５６を用いて、ゴム型５６１内において液状のナイロンモノマーを重合させて、ゴム型５６１内に三次元形状の成形体を成形（造形）する。ナイロンモノマーは、ナイロン樹脂を成形するための原材料としてのモノマーである。ナイロン注型装置５６は、ゴム型５６１の他に、ナイロンモノマーを加熱するための加熱装置を有する。
【００４４】
ナイロン注型法によって成形される成形体においては、積層界面２１はほとんど形成されない。ナイロン注型法によって成形される成形体は、樹脂成形品１の一部を構成する予備成形体２として、他の積層造形法によって成形された予備成形体２とともに配置工程において用いることができる。この場合には、充填工程及び冷却工程を行ったときには、他の積層造形法によって成形された予備成形体２における積層界面２１がなくなるとともに、この予備成形体２と、ナイロン注型法によって成形された予備成形体２とが、予備成形体２同士の間の境界部分において溶融して接合される。
【００４５】
ナイロン注型法においては、熱可塑性樹脂としてのナイロン樹脂の造形をすることができる。
【００４６】
（粒状物結合法）
図１１に示すように、配置工程において用いられる予備成形体２は、樹脂成形品１の一部を構成するものとして、後述する電磁波成形装置４と同様の構成の予備成形装置４Ａを用いて成形してもよい。この際に、予備成形体２の形状を有するキャビティ３３が形成された予備成形型３Ａと、後述する電磁波発生器４２と同様の構成の電磁波発生器４２Ａを用いる。この予備成形型３Ａ等を備える予備成形装置４Ａを用いて予備成形体２を成形する方法を、粒状物結合法という。
【００４７】
粒状物結合法を採用する場合には、図１２に示すように、配置工程において用いられる予備成形体２を、粒状の熱可塑性樹脂材料による粒状物２２１同士が接触する界面２２４が溶融して、粒状物２２１同士が間隙を介して互いに固着した三次元形状の粒状物結合体とする。粒状物２２１には、最大外形が０．５〜５ｍｍの範囲内のペレットを用いることができる。粒状物結合体における界面２２４は、予備成形体２における積層界面２１に相当する。
【００４８】
粒状物２２１同士が間隙を介して互いに固着する状態とは、粒状物２２１の表面部位２２２の一部同士が固着し、粒状物２２１の表面部位２２２の残部同士の間に間隙が形成されている状態のことをいう。換言すれば、粒状物２２１同士が間隙を介して互いに固着する状態とは、粒状物２２１同士が完全に溶け合わず、粒状物２２１の表面形状の多くが残ったままの状態で、予備成形体２の三次元形状を維持できる程度に粒状物２２１同士が互いに結合している状態のことをいう。図１２は、粒状物２２１同士が表面部位２２２の界面２２４において互いに固着した状態を拡大して模式的に示す。粒状物２２１の表面部位２２２とは、粒状物２２１の中心部位２２３に残る未溶融の樹脂の芯を除く部位のことをいう。
【００４９】
ところで、従来の成形方法として、予備成形体２を用いずに電磁波成形を行う場合には、成形型のキャビティの形成状態によっては、成形型のキャビティ内に粒状の熱可塑性樹脂材料を十分に充填できないことがある。例えば、成形型の成形面の一部が鉛直方向に対して傾斜状に配置されると、粒状の熱可塑性樹脂材料が傾斜状の成形面を滑り落ちて下方に堆積し、キャビティの全体に、できるだけ均一に粒状の熱可塑性樹脂材料が配置されないことが想定される。
【００５０】
このような場合に、粒状物結合体は、充填工程及び冷却工程において、粒状の熱可塑性樹脂材料の一部を粒状物結合体に置き換えて、樹脂成形品１を成形するために用いると有効である。図１３に示すように、充填工程においては、成形型３のキャビティ３３の一部に、予備成形体２としての粒状物結合体を配置するとともに、成形型３のキャビティ３３の残部に、粒状の熱可塑性樹脂材料を配置する。図１３は、予備成形体２が成形型３のキャビティ３３内に配置された状態を拡大して模式的に示す。キャビティ３３内において、キャビティ３３の成形面３３１と予備成形体２における凹凸状の表面２０１との間には、凹凸状の隙間Ｓ１が形成され、予備成形体２の粒状物２２１同士の間には、複雑な形状の隙間Ｓ２が形成される。
【００５１】
そして、充填工程においては、電磁波成形装置４の成形型３のキャビティ３３内の粒状物結合体及び粒状の熱可塑性樹脂材料が樹脂材料２０として溶融し、キャビティ３３内に充填される。また、冷却工程においては、溶融した樹脂材料２０が固化し、粒状物結合体の積層界面２１がなくなるように樹脂材料２０が一体化され、かつ成形型３の成形面３３１の形状が転写された樹脂成形品１が成形される。
【００５２】
粒状物結合法を利用する場合には、電磁波成形装置４の電磁波発生器４２等を流用して予備成形体２としての粒状物結合体を成形することができる。そのため、装置の構成を簡略化して、必要とする特性を有する樹脂成形品１を得ることができる。
【００５３】
配置工程においては、粒状物結合体による予備成形体２のみを用いてもよく、粒状物結合体による予備成形体２と、他の成形法等による予備成形体２とを組み合わせて用いてもよい。
【００５４】
（他の予備成形装置５７を用いた粒状物結合法）
また、粒状物結合法においては、予備成形装置４Ａを用いる代わりに、粒状物を積層することによって予備成形体２としての粒状物結合体を成形する予備成形装置５７を用いてもよい。具体的には、予備成形装置５７は、図１４〜図１６に示すように、樹脂成形品１の成形に用いられる予備成形体２を成形するものである。予備成形装置５７は、ステージ枠５７１、ステージ５７２及び光照射源５７３を備える。ステージ枠５７１は、鉛直上側に上端開口部５７１Ａを有する枠形状に形成されている。ステージ５７２は、ステージ枠５７１の内側に配置されるとともに、ステージ枠５７１に対して鉛直方向に沿って相対的に昇降するよう構成されている。ステージ５７２には、粒状物２２１としてのペレットが、粒状物層２２として規定厚みの範囲内に繰り返し層状に敷き詰められる。粒状物２２１は、樹脂を含有するものであり、０．５〜５ｍｍの範囲内の最大外形を有する。
【００５５】
図１５及び図１６に示すように、光照射源５７３は、鉛直方向に対して直交する水平方向に平面形状を描くよう、ステージ５７２に対して相対的に収束光Ｇを移動させながら、ステージ５７２における粒状物層２２に収束光Ｇを照射するよう構成されている。予備成形装置５７は、ステージ５７２への粒状物層２２の積層と、光照射源５７３による収束光Ｇの照射とを繰り返し交互に行うよう構成されている。
【００５６】
光照射源５７３は、平面移動機構５７４によって、ステージ５７２が昇降する鉛直方向に直交する方向に移動可能である。予備成形装置５７は、ステージ５７２上に粒状物２２１を供給するための粒状物供給体５７５を備える。粒状物供給体５７５は、ステージ５７２の上方を移動して、ステージ枠５７１に囲まれたステージ５７２上に粒状物２２１を供給して、粒状物層２２を形成する。
【００５７】
予備成形装置５７においては、光照射源５７３の光のエネルギー、光照射源５７３の移動速度等が調整されて、粒状物層２２への収束光Ｇの照射状態が制御される。そして、図１２に示すように、粒状物層２２における、光照射源５７３の収束光Ｇが照射された照射部位２３において、粒状物層２２における粒状物２２１の表面部位２２２が溶融し、表面部位２２２同士が接触する界面２２４が互いに固着する。また、互いに隣接する粒状物層２２における粒状物２２１同士も界面２２４において互いに固着する。粒状物結合体における界面２２４は、予備成形体２における積層界面２１に相当する。こうして、複数の粒状物２２１が互いに固着されて、予備成形体２としての粒状物結合体が成形される。
【００５８】
（その他の積層造形法）
説明した熱溶解積層法、押出成形法、インクジェット法、粉末焼結積層造形法以外にも、熱可塑性樹脂の樹脂材料２０を積層して造形する種々の工法を用いて、予備成形体２を成形（造形）することができる。
【００５９】
例えば、図示は省略するが、予備成形体２は、電磁波成形装置４の成形型３のキャビティ３３内に配置する種々の固形物とし、この固形物を用いて、配置工程、充填工程及び冷却工程を行って樹脂成形品１を成形してもよい。例えば、配置工程においては、成形型３のキャビティ３３における垂直状又は傾斜状の部位に、固形物の樹脂材料を配置するとともに、キャビティ３３の残部に粒状の樹脂材料を配置し、充填工程及び冷却工程を行って樹脂成形品１を成形してもよい。この場合の固形物は、例えば、熱溶解積層法による長尺状の樹脂のストランドが横に並んで配置されたものとしてもよい。この場合には、固形物を用いることにより、粒状の樹脂材料の滑り落ちを防止して、キャビティ３３の全体に樹脂材料が充填されやすくすることができる。
【００６０】
また、図示は省略するが、成形する樹脂成形品１が、粒状の樹脂材料が充填されにくい螺旋形状等の特殊形状を有する場合には、成形型３の中心軸部分の外周に長尺状の固形樹脂材料を巻き付けることができる。また、固形樹脂材料の一部をコテ等によって局所的に加熱して溶融させ、固形樹脂材料が中心軸部分から落ちないようにすることができる。そして、成形型３の中心軸部分と外側部分とが合わさったときに、キャビティ３３内に樹脂材料が配置された状態を形成することができる。この場合にも、固形物としての長尺状の固形樹脂材料を用いることにより、キャビティ３３の全体に樹脂材料が充填されやすくすることができる。
【００６１】
また、図示は省略するが、成形型３のキャビティ３３に配置する固形物は、コテ等の簡易的な加熱機器によって、キャビティ３３の形状に沿った形状に変形させることもできる。例えば、キャビティ３３又はキャビティ３３の一部の形状が曲面形状を有する場合等に、この固形物を変形させる方法を用いることができる。
【００６２】
また、図示は省略するが、成形型３の型部同士が開けられた状態において、型部のキャビティ３３の成形面３３１の上に粒状の樹脂材料を配置し、この粒状の樹脂材料同士を簡易的に結合させて、樹脂材料が型部から位置ずれしないようにすることもできる。そして、樹脂材料が配置された型部と他の型部とを閉じて、キャビティ３３内に樹脂材料が配置された状態を形成することができる。
【００６３】
配置工程において成形型３内に配置される予備成形体２は、成形する樹脂成形品１の製品形状に近い形状（製品形状に倣った形状）であるニアネットシェイプとすることができる。この場合には、配置工程において、成形型３内にニアネットシェイプの１つの予備成形体２を配置し、充填工程及び冷却工程において、予備成形体２の全体を溶融させて樹脂成形品１を成形することができる。成形する樹脂成形品１の形状がそれほど複雑でない場合には、１つの予備成形体２を用いて成形することができる。
【００６４】
配置工程において成形型３内に配置する予備成形体２は、成形する樹脂成形品１が複数に分割された、複数の部分形状として成形することもできる。この場合には、複数の予備成形体２は、同じ種類の積層造形法によって成形されたものとしてもよく、異なる種類の積層造形法によって成形されたものとしてもよい。また、予備成形体２のうちのいずれかを積層造形法によって成形されたものとし、予備成形体２のうちの他のいずれかを超音波粉末成形法又はナイロン注型法によって成形されたものとすることもできる。
【００６５】
複数の積層造形法を組み合わせて用いる場合には、成形する樹脂成形品１における形状が微細な部分には、微細な成形に適した積層造形法によって成形された予備成形体２を配置することができる。また、この場合には、成形する樹脂成形品１における形状が単純な部分には、成形速度が速く、安価に成形が可能な積層造形法によって成形された予備成形体２を配置することができる。
【００６６】
（電磁波成形装置４）
図３に示すように、本形態の樹脂成形方法においては、成形型３、真空ポンプ４１及び電磁波発生器４２を備える電磁波成形装置４を用いる。成形型３は、製品としての樹脂成形品１の形状が反転されたキャビティ３３を有する。真空ポンプ４１は、成形型３のキャビティ３３内を真空状態にするためのものである。電磁波発生器４２は、成形型３に照射する電磁波を発生させるものである。
【００６７】
（成形型３，真空ポンプ４１）
図１及び図３に示すように、本形態の成形型３は、ゴム材料によるゴム型によって構成されている。ゴム材料には、シリコーンゴムの他、種々のゴムを用いることができる。成形型３は、複数に分割された型部３１，３２の組み合わせによって構成することができる。成形型３は、一対の型部３１，３２に分割して形成されており、一対の型部３１，３２としての第１型部３１と第２型部３２との間には、樹脂成形品１を成形するためのキャビティ３３が形成されている。
【００６８】
第１型部３１及び第２型部３２のいずれかには、キャビティ３３内を大気圧よりも低い真空状態にするための真空ポンプ４１が接続される真空口３４が形成されている。本形態の真空口３４は第２型部３２に形成されている。真空ポンプ４１によってキャビティ３３内が真空状態になることにより、成形型３の外部から内部へ型締め力を作用させることができる。この型締め力により、キャビティ３３内に配置されて溶融した予備成形体２の樹脂材料２０がキャビティ３３の成形面３３１に押し当てられ、キャビティ３３の成形面３３１の形状が表面に転写された樹脂成形品１が成形される。
【００６９】
成形型３がゴム型によって構成されていることにより、成形型３の外部から内部へ圧力が作用するときには、成形型３が、キャビティ３３の容積を縮小させるように内側へ弾性変形することができる。この成形型３の弾性変形により、キャビティ３３内に成形する樹脂成形品１に、キャビティ３３の成形面３３１の形状を効果的に転写することができる。
【００７０】
図１７に示すように、第１型部３１と第２型部３２とは、互いに接近するようにスライドして、キャビティ３３の容積を縮小できるスライド構造とすることもできる。この場合には、第１型部３１及び第２型部３２には、これらが相対的にスライドするためのガイド部３５が形成されている。この場合には、キャビティ３３内に予備成形体２が配置され、キャビティ３３内が真空状態になってキャビティ３３内の圧力が成形型３の外部の圧力よりも低くなるときには、第１型部３１と第２型部３２とが互いに接近する。これにより、キャビティ３３の容積が縮小され、キャビティ３３内の溶融した予備成形体２の樹脂材料２０がキャビティ３３の成形面３３１に、より効果的に押し当てられる。
【００７１】
図１に示すように、予備成形体２がキャビティ３３内に配置されたときに、予備成形体２の表面２０１とキャビティ３３の成形面３３１との間に隙間がほとんど形成されない場合には、第１型部３１と第２型部３２とはスライドしない固定構造とすることができる。一方、予備成形体２がキャビティ３３内に配置されたときに、予備成形体２の表面２０１とキャビティ３３の成形面３３１との間にある程度の隙間が形成される場合には、第１型部３１と第２型部３２とがスライドする構造とすることができる。
【００７２】
（成形型３の製造）
ゴム型による成形型３は、成形しようとする製品である樹脂成形品１のマスターモデルを転写させて製造することができる。より具体的には、型枠内にマスターモデルを配置し、この型枠内の隙間にゴム材料を注型して、このゴム材料を固化させる。その後、固化したゴム材料を切開して、その内部からマスターモデルを取り出し、ゴム材料による一対の型部３１，３２が形成される。また、ゴム材料が切開された位置が、一対の型部３１，３２の間の分割面（パーティングライン）３３２となる。
【００７３】
また、ゴム型による成形型３を構成する各型部３１，３２は、マスターモデルを用いて別々に製造することもできる。特に、一対の型部３１，３２がスライド可能な構造を有する場合には、各型部３１，３２にスライド用のガイド部３５を形成するために、各型部３１，３２を別々に製造することができる。
【００７４】
マスターモデルは、製品の形状を有するものであり、種々の方法によって作製することができる。マスターモデルを、積層造形法によって作製する場合には、三次元造形物の積層界面２１による段差状の表面を、切削、研削、塗装等を行って、滑らかな表面にすることができる。例えば、マスターモデルは、積層造形法等によって三次元形状に成形された成形品の表面を切削又は研削して形成することができる。また、マスターモデルは、三次元形状に成形された成形品の表面に、樹脂を含有する塗料等を塗装して形成することもできる。また、マスターモデルは、既に製品として使用された樹脂成形品における欠損部を修復したものとすることもできる。
【００７５】
また、成形型３は、製品の三次元のデジタルデータ（ＣＡＤデータ等）を用いて、種々の積層造形法によって直接製造することもできる。例えば、成形型３は、三次元のデジタルデータを用い、紫外線（ＵＶ）によって硬化する液状樹脂に紫外線を当てて、層状の三次元造形物を形成する光造形法によって製造することができる。また、成形型３は、インクジェット法（マテリアルジェッティング法）等によって製造することもできる。また、成形型３を形成する際には、三次元造形物の積層界面２１に応じて形成された段差状の表面を、切削、研削、塗装等を行って、滑らかな表面にすることができる。
【００７６】
成形型３は、ゴム型以外にも、硬化性樹脂材料によって形成された樹脂型、セメント材料によって形成されたセメント型、又は石膏材料によって形成された石膏型によって構成することができる。硬化性樹脂材料には、熱硬化性樹脂材料、光硬化性樹脂材料等がある。成形型３は、耐熱性のある、その他の種々の非金属材料によって構成することができる。
【００７７】
（電磁波，電磁波発生器４２）
図３に示すように、本形態の充填工程において使用する電磁波は、０．７８〜２μｍの波長領域を含む電磁波（近赤外線）、０．０１〜１ｍの波長領域を含む電磁波（マイクロ波）、又は１〜１００ｍの波長領域を含む電磁波（高周波）である。近赤外線を使用する場合には、成形型３には、近赤外線を透過しやすい透明又は半透明のゴム型等を用い、成形型３を透過した近赤外線によって、成形型３内の熱可塑性樹脂の予備成形体２を加熱し、溶融させることができる。この場合には、成形型３における、近赤外線の透過率を、予備成形体２における、近赤外線の透過率よりも高くすることができる。換言すれば、成形型３における、近赤外線の吸収率を、予備成形体２における、近赤外線の吸収率よりも低くすることができる。
【００７８】
マイクロ波を使用する場合には、成形型３には、誘電損失（誘電体損失）が少ないゴム型等を用い、マイクロ波によって成形型３内の熱可塑性樹脂の予備成形体２に誘電損失を発生させて、予備成形体２を誘電加熱し、溶融させることができる。誘電損失とは、絶縁体に交番電界が加えられたときに、この絶縁体に生じるエネルギーロスのことをいう。このエネルギーロスによって絶縁体には熱が発生する。
【００７９】
マイクロ波を使用する場合には、成形型３の誘電力率（誘電正接，ｔａｎδ）を、予備成形体２の誘電力率よりも低くすることができる。成形型３の誘電力率が予備成形体２の誘電力率よりも低いことにより、成形型３に比べて予備成形体２に誘電損失を多く発生させることができる。マイクロ波を使用する場合には、種々の配色がなされたゴム型等を用いることができる。
【００８０】
充填工程においては、電磁波を発生させる電磁波発生器４２が用いられる。電磁波発生器４２は、近赤外線を発生させる場合には、ハロゲンランプ等とすることができる。また、電磁波発生器４２は、マイクロ波を発生させる場合には、マイクロ波発振器等とすることができる。また、電磁波発生器４２は、高周波を発生させる場合には、高周波発振器等とすることができる。
【００８１】
（誘電加熱器４４）
図１８に示すように、充填工程においては、電磁波発生器４２の代わりに、一対の電極４４１に印加される高周波の交流電圧によって、成形型３のキャビティ３３内の樹脂材料２０及び成形型３に交番電界を印加する誘電加熱器４４を用いてもよい。より具体的には、誘電加熱器４４は、成形型３の両側に配置された一対の電極４４１間に加わる交流電圧によって、キャビティ３３内の樹脂材料２０及び成形型３に交番電界を印加するものである。誘電加熱器４４は、一対の電極４４１によって交番電界を発生させる、電磁波としての高周波を用いたものとする。誘電加熱器４４による交流電圧の周波数は、１ｍ〜１００ｍの波長領域を含む電磁波としての高周波とする。
【００８２】
誘電加熱器４４とともに用いられる成形型３は、誘電損失によって発熱する性質を有する絶縁性のものである。誘電加熱器４４の一対の電極４４１によって成形型３に交番電界が印加されるときには、成形型３又は樹脂材料２０の少なくとも一方が誘電損失によって発熱し、樹脂材料２０が溶融する。誘電損失の値は、絶縁体としての物質の種類に応じて決まる。また、誘電損失は、誘電正接ｔａｎδの値に応じて決まる。
【００８３】
また、成形型３における、キャビティ３３の成形面３３１には、成形型３の他の部位である一般部に比べて誘電損失が大きい成形表面層を形成してもよい。成形表面層は、誘電損失を大きくするために、例えば、カーボンブラック、グラファイト、炭化珪素、フェライト、チタン酸バリウム、黒鉛及び二酸化マンガンよりなる群から選ばれた少なくとも１種の物質を含有していてもよい。
【００８４】
電極４４１の外形を成形型３の外形よりも大きくし、一対の電極４４１の間には、成形型３の全体を配置することができる。この場合には、一対の電極４４１と成形型３との位置関係は固定される。一方、電極４４１の外形を成形型３の外形よりも小さくし、一対の電極４４１の間には成形型３の一部が配置されるようにしてもよい。この場合には、一対の電極４４１に対して成形型３を相対的に移動させて、成形型３のキャビティ３３内の各部に位置する樹脂材料２０を順次溶融させることができる。
【００８５】
（樹脂成形方法の詳細）
本形態の樹脂成形方法においては、予備成形工程、配置工程、充填工程及び冷却工程を行うことによって、熱可塑性樹脂の樹脂成形品１を製造する。予備成形工程においては、積層造形法を用いて、ノズル５１１，５２１，５３１から吐出された樹脂材料２０が積層された三次元形状の予備成形体２を成形する。この予備成形体２は、積層された糸状又は粒状の熱可塑性樹脂の樹脂材料２０による三次元形状に成形されている。そして、予備成形体２の表面２０１には、樹脂材料２０が積層されたことによって、段差状又は凹凸状の表面形状が繰り返し形成されている。また、積層された樹脂材料２０同士の間には、樹脂材料２０の表面が合わさったことによる積層界面２１が形成されている。
【００８６】
次いで、配置工程においては、成形型３内に、三次元形状に積層して成形された予備成形体２を配置する。このとき、成形型３を構成する一対の型部３１，３２を開き、一対の型部３１，３２の間のキャビティ３３に予備成形体２を配置する。予備成形体２には、使用された積層造形法の種類によって、樹脂材料２０が糸状に積層されたもの、樹脂材料２０が粒状に積層されたもの等がある。
【００８７】
キャビティ３３には、１つの予備成形体２を配置する以外にも、複数の予備成形体２を配置することもできる。キャビティ３３に複数の予備成形体２を配置する場合には、予備成形体２のいずれかは、積層造形法によって成形されたもの以外にも、超音波粉末成形法又はナイロン注型法によって成形されたものを用いることができる。
【００８８】
図２に示すように、成形型３のキャビティ３３に予備成形体２が配置されたときには、キャビティ３３の成形面３３１と予備成形体２における段差状又は凹凸状の表面２０１との間には、段差状又は凹凸状の隙間Ｓ１が形成される。この段差状又は凹凸状の隙間Ｓ１は、予備成形体２に積層界面２１が形成されていることに伴って形成される。
【００８９】
キャビティ３３に予備成形体２が配置される状態で一対の型部３１，３２が閉じられた後には、真空ポンプ４１によって、第２型部３２の真空口３４からキャビティ３３内が真空引きされる。このとき、キャビティ３３内の隙間が真空状態になる。また、成形型３は、大気圧以上の圧力環境下に配置されている。そして、成形型３の外部の圧力が成形型３の内部（キャビティ３３）の圧力よりも高いことによって、成形型３の外部から内部に向けて型締め力を作用させることができる。
【００９０】
また、充填工程において、成形型３内を真空引きするときには、予備成形体２によって成形型３内に形成された隙間Ｓ１，Ｓ２を介して、成形型３内の残留気体が成形型３の外部へ抜き出される。特に、積層界面２１を有する、固体としての予備成形体２を利用することにより、残留気体を効果的に抜き出すことができる。
【００９１】
ところで、キャビティ３３に予備成形体を配置したときに、キャビティ３３の成形面３３１と予備成形体の表面の全体とが密着している場合には、樹脂材料２０が溶融する際に発生するガス（水分等）の抜け道がなくなり、キャビティ３３内の真空引きが不十分となり、成形する樹脂成形品にボイド（気泡）が残るおそれがある。これに対し、本形態の充填工程等においては、真空ポンプ４１によってキャビティ３３内が真空引きされるときには、キャビティ３３の成形面３３１と予備成形体２の段差状又は凹凸状の表面２０１とによって隙間Ｓ１が形成される。また、予備成形体２を構成する樹脂材料２０同士の間には、隙間Ｓ２が形成される。
【００９２】
そして、キャビティ３３内を真空引きするときには、予備成形体２における段差状又は凹凸状の表面２０１による隙間Ｓ１、及び予備成形体２を構成する樹脂材料２０同士の間の隙間Ｓ２が、キャビティ３３内の残留ガスの通り道、及び樹脂材料２０が溶融する際に発生するガスの抜け道となる。これにより、キャビティ３３内の真空引きを十分に行うことができ、成形する樹脂成形品１にボイドが残らないようにすることができる。
【００９３】
また、配置工程においては、成形する樹脂成形品１の形状が複雑である場合には、成形型３内に、成形型３のキャビティ３３のそれぞれの部分の形状に沿った複数種類の予備成形体２を配置することができる。また、配置工程においては、予備成形体２とともに、予備成形体２を構成する熱可塑性樹脂と同じ成分の熱可塑性樹脂の粉末材料を、キャビティ３３内に配置することもできる。この粉末材料は、例えば、キャビティ３３の成形面３３１と予備成形体２の表面２０１との間に形成される隙間に補充して、成形する樹脂成形品１の一部の形状を補う目的で使用することができる。また、粉末材料には、マイクロペレットを用いることができる。
【００９４】
次いで、充填工程においては、電磁波発生器４２によって０．０１〜１ｍの波長領域を含む電磁波であるマイクロ波を発生させ、このマイクロ波を成形型３に照射する。このとき、成形型３を構成するゴム材料の誘電力率が、予備成形体２を構成する熱可塑性樹脂材料の誘電力率よりも低いことにより、成形型３に比べて予備成形体２がマイクロ波をより多く吸収する。これにより、成形型３を透過したマイクロ波によって、予備成形体２がより高温に加熱されて、溶融する。
【００９５】
予備成形体２が溶融するときには、キャビティ３３内の圧力が成形型３の外部の圧力よりも低いことにより、成形型３が内側に若干潰れるように弾性変形する。そして、キャビティ３３の成形面３３１と予備成形体２の表面２０１との間の隙間Ｓ１、及び予備成形体２を構成する樹脂材料２０同士の間の隙間Ｓ２に、溶融した樹脂材料２０が流れ込む。これにより、積層された樹脂材料２０同士の間の積層界面２１がなくなるとともに、キャビティ３３内の隙間Ｓ１，Ｓ２が埋められて、溶融した樹脂材料２０がキャビティ３３内に充填される。また、充填工程においては、真空ポンプ４１によるキャビティ３３内の真空引きを継続することができる。
【００９６】
また、一対の型部３１，３２が互いに接近するようスライド可能なスライド構造の成形型３を用いる場合には、キャビティ３３内の予備成形体２が溶融するときには、キャビティ３３内の圧力が成形型３の外部の圧力よりも低いことにより、一対の型部３１，３２が互いに接近して、縮小されたキャビティ３３内に溶融した樹脂材料２０が充填される。この場合には、溶融した樹脂材料２０によってキャビティ３３内の隙間Ｓ１，Ｓ２がより効果的に埋められて、溶融した樹脂材料２０がキャビティ３３の成形面３３１により効果的に押し当てられる。
【００９７】
また、キャビティ３３内に予備成形体２及び粉末材料が配置されている場合には、マイクロ波によって予備成形体２及び粉末材料が溶融したときには、粉末材料によって予備成形体２の三次元形状が補われる。また、キャビティ３３内に複数種類の予備成形体２が配置されている場合には、マイクロ波によって複数種類の予備成形体２が加熱されて溶融し、予備成形体２同士が境界部分（界面部分）において接合される。予備成形体２同士の間の境界部分とは、キャビティ３３内において予備成形体２同士が対面する部分のことをいう。
【００９８】
次いで、冷却工程においては、電磁波発生器４２による電磁波の発生を停止させるとともに、真空ポンプ４１によるキャビティ３３内の真空引きを継続する。そして、成形型３の外部の圧力がキャビティ３３内の圧力よりも高いことによって、一対の型部３１，３２に型締め力が作用する状態を維持する。また、冷却工程においては、キャビティ３３内に樹脂材料２０が充填された状態の成形型３が空気中に放置され、自然放冷又は強制放冷によって、成形型３及びキャビティ３３内の樹脂材料２０が冷却される。そして、溶融した樹脂材料２０が成形型３内において冷却されて固化する。
【００９９】
充填工程及び冷却工程が行われたときには、成形型３内に、予備成形体２における樹脂材料２０間の積層界面２１がなくなるように樹脂材料２０が一体化された樹脂成形品１が成形される。また、充填工程及び冷却工程が行われたときには、キャビティ３３の成形面３３１の形状が滑らかに転写された表面を有する樹脂成形品１が成形される。また、キャビティ３３の成形面３３１に、シボ加工、凹凸加工等の形状が形成されている場合には、この形状を樹脂成形品１の表面に転写することができる。また、キャビティ３３の成形面３３１の転写によって、樹脂成形品１の表面が鏡面になるようにすることもできる。
【０１００】
充填工程において、電磁波発生器４２の代わりに誘電加熱器４４が用いられる場合には、誘電加熱器４４の一対の電極４４１から成形型３に高周波の交番電界が印加され、この交番電界による誘電損失によって成形型３及びキャビティ３３内の樹脂材料２０の少なくとも一方が発熱する。成形型３が発熱する場合には、成形型３からの伝熱によってキャビティ３３内の樹脂材料２０が加熱される。また、成形型３に成形表面層が形成されているときには、交番電界によって成形表面層が発熱し、成形表面層からの伝熱によってキャビティ３３内の樹脂材料２０が加熱されてもよい。
【０１０１】
（作用効果）
本形態の樹脂成形方法においては、三次元形状に積層して成形された予備成形体２を原材料として用い、電磁波を用いて成形型３内に樹脂成形品１を成形する。そして、積層界面２１を有する予備成形体２は、種々の積層造形法によって成形することができる。そして、積層造形法においては、固形状のペレットよりも小さい粒状のマイクロペレットを使用せずに樹脂の成形が可能である。そのため、積層造形法によって予備成形体２を成形する際には、マイクロペレットを製造する手間を省くことができる。
【０１０２】
通常のペレットの粒子サイズが３〜５ｍｍ程度であることに対して、マイクロペレットの粒子サイズは０．５〜１ｍｍ程度である。マイクロペレットは、電磁波成形を行う際に成形型３のキャビティ３３に充填しやすくするために微粒化したものである。
【０１０３】
また、本形態の樹脂成形方法において用いる成形型３は、ゴム材料、硬化性樹脂材料、セメント材料、石膏材料等の非金属材料を用いて製造されている。金属材料の成形型を製造する場合には切削加工等が必要になることに比べて、非金属材料を用いた成形型３の製造は、切削加工等が不要となって、容易である。また、本形態の樹脂成形方法は、成形型３の製造が容易であるため、小ロット（少量）の生産にも適している。
【０１０４】
また、予備成形体２を用いた樹脂成形方法による樹脂成形品１においては、積層造形法による樹脂成形品においては得られなかった特性を得ることができる。具体的には、本形態の樹脂成形方法によれば、積層造形法によって成形された樹脂成形品における課題である、積層界面２１があることによって積層方向の強度が低いといった課題、樹脂成形品の密度が低いといった課題、樹脂成形品の表面に段差又は凹凸があるといった課題等を解決することができる。
【０１０５】
積層造形法によって成形された予備成形体２においては、積層された樹脂材料２０同士の間には、樹脂材料２０の表面同士が合わさった積層界面２１が、積層された数に応じて形成されている。そして、成形された予備成形体２を樹脂材料２０の積層方向に引っ張る場合には、積層界面２１において剥がれが生じやすい。そのため、予備成形体２における積層方向の強度は、他の方向の強度に比べて低くなる。
【０１０６】
この強度の課題について、予備成形体２における樹脂材料２０間の積層界面２１がなくなるように樹脂材料２０が一体化されることにより、樹脂成形品１において、樹脂材料２０が積層された痕跡がほとんど分からなくなる。そして、樹脂成形品１においては、特定の方向から加わる力に対する強度が低いといった、強度の偏りを解消することができる。なお、積層方向は、樹脂材料２０同士が合わさる方向として、糸状の樹脂材料２０においては、樹脂材料２０が延びる方向に直交する方向に形成され、粒状の樹脂材料２０においては、樹脂材料２０の周りの少なくとも３方向に形成される。
【０１０７】
積層造形法によって成形された予備成形体２においては、積層された樹脂材料２０同士の間には隙間Ｓ２が形成されている。この隙間Ｓ２は、予備成形体２中に空隙として存在することになる。そして、この隙間Ｓ２が存在するだけ、予備成形体２の密度は低くなり、予備成形体２の強度が低くなる。
【０１０８】
この密度の課題について、予備成形体２における樹脂材料２０間の積層界面２１がなくなるように樹脂材料２０が一体化されることにより、樹脂材料２０同士の間の隙間Ｓ２が埋められる。そして、樹脂成形品１を構成する樹脂材料２０の密度が高くなり、樹脂成形品１の強度が高くなる。
【０１０９】
積層造形法によって成形された予備成形体２の表面２０１においては、予備成形体２における積層界面２１の存在によって段差又は凹凸が形成されている。この段差又は凹凸の存在により、予備成形体２の表面２０１は、意匠外観性に優れない。
【０１１０】
この意匠外観性の課題について、予備成形体２における樹脂材料２０間の積層界面２１がなくなるように樹脂材料２０が一体化されることにより、予備成形体２の表面２０１に配置された樹脂材料２０による段差又は凹凸がほとんどなくなる。そして、樹脂成形品１の表面の意匠外観性を良好にすることができる。
【０１１１】
また、特に、熱溶解積層法によって造形品を造形（成形）する場合には、造形品の意匠外観及び強度を維持することを考慮すると、ノズル５１１から吐出させる樹脂材料２０はできるだけ細くした方が好ましい。しかし、ノズル５１１から吐出させる樹脂材料２０を細くすると、造形品の造形速度が遅くなる。
【０１１２】
本形態の樹脂成形方法の予備成形工程においては、熱溶解積層装置５１のノズル５１１から吐出させる樹脂材料２０を太くすることができる。そして、充填工程及び冷却工程において、予備成形体２を再成形して樹脂成形品１をする。これにより、意匠外観及び強度を悪化させることなく、樹脂成形品１の成形速度（成形時間）を速くすることができる。
【０１１３】
また、成形型３内に配置された粉末樹脂材料を電磁波によって溶融させて樹脂成形品を成形する従来の方法においては、円筒形状（中空形状）、深い立壁・リブ等の形状の樹脂成形品を成形する際には、成形型３のキャビティ３３の端部までマイクロペレットを充填することが難しい。また、その他、マイクロペレットが行き渡りにくい複雑な形状の部分を成形することも難しい。
【０１１４】
本形態の樹脂成形方法においては、予備成形体２を用いた電磁波成形を行うため、粉末樹脂材料を用いた電磁波成形によっては困難であった形状の成形が可能になる。また、マイクロペレットの充填が難しかった肉厚形状を有する樹脂成形品１についても、予備成形体２を用いた電磁波成形によれば精度よく成形することが可能になる。
【０１１５】
また、例えば硬度が低い熱可塑性樹脂材料、ゴム及び樹脂の中間的な性質を有する熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）等の、マイクロペレットの製造が困難な種類の樹脂材料２０についても、従来の積層造形法によって成形した予備成形体２を用いて電磁波成形を行うことにより、積層界面２１がほとんどない樹脂成形品１を得ることができる。
【０１１６】
このように、本形態の樹脂成形方法によれば、マイクロペレットの使用量を低減することができ、必要とする機械的特性を有する樹脂成形品１を成形することができる。
【０１１７】
本発明は、実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。さらに、本発明から想定される様々な構成要素の組み合わせ、形態等も本発明の技術思想に含まれる。
【符号の説明】
【０１１８】
１  樹脂成形品
２  予備成形体
２０  樹脂材料
２１  積層界面
３  成形型
３１，３２  型部
３３  キャビティ
３３１  成形面
４  電磁波成形装置
４１  真空ポンプ
４２  電磁波発生器
５１  熱溶解積層装置
５１１  ノズル
５２  押出成形装置
５２１  ノズル
５３  インクジェット装置
５３１  ノズル
５４  粉末焼結積層造形装置
５５  超音波粉末成形装置
５６  ナイロン注型装置
【図１】
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【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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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月25日(2020.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料が積層された三次元形状の１つ又は複数の予備成形体を成形する予備成形工程と、
成形型内に前記予備成形体を配置する配置工程と、
前記成形型を透過した電磁波、又は一対の電極によって印加される電磁波としての交番電界によって前記予備成形体を加熱して溶融させ、溶融した材料を前記成形型内に充填する充填工程と、
前記溶融した材料を前記成形型内において冷却して固化させ、前記成形型内に、前記予備成形体の積層界面がなくなるように前記材料が一体化された樹脂成形品を成形する冷却工程と、を含む樹脂成形方法。
【請求項２】
前記予備成形工程においては、長尺状の熱可塑性樹脂からなるフィラメントを、加熱して溶融させた状態で吐出して三次元形状に積層する熱溶解積層法によって、前記予備成形体の少なくとも一つを成形する、請求項１に記載の樹脂成形方法。
【請求項３】
前記予備成形工程においては、熱可塑性樹脂の固体又は粉粒体を加熱して溶融させた後の糸状の樹脂材料を、押出成形装置から押し出して三次元形状に積層する押出成形法によって、前記予備成形体の少なくとも一つを成形する、請求項１に記載の樹脂成形方法。
【請求項４】
前記予備成形工程においては、液状材料を滴下して三次元形状に積層するインクジェット法によって、前記予備成形体の少なくとも一つを成形する、請求項１に記載の樹脂成形方法。
【請求項５】
前記予備成形工程においては、粒状の熱可塑性樹脂材料による粒状物同士が接触する界面を溶融させ、前記粒状物同士が間隙を介して互いに固着した、前記予備成形体の少なくとも一つとしての三次元形状の粒状物結合体を成形する、請求項１に記載の樹脂成形方法。
【請求項６】
前記予備成形工程においては、予備成形型内に配置された前記粒状物に電磁波を照射又は印加して、前記粒状物結合体を成形する、請求項５に記載の樹脂成形方法。
【請求項７】
前記予備成形工程においては、ステージ上に積層される前記粒状物に光を照射して、前記粒状物結合体を成形する、請求項５に記載の樹脂成形方法。
【請求項８】
前記予備成形工程においては、粉末材料を加熱によって焼結して三次元形状に造形する粉末焼結積層造形法によって、複数の前記予備成形体のうちのいずれかを成形する、請求項２〜７のいずれか１項に記載の樹脂成形方法。
【請求項９】
前記予備成形工程においては、超音波振動するホーンによって粉末を溶融させて超音波成形型内に充填する超音波粉末成形法によって、複数の前記予備成形体のうちのいずれかを成形する、請求項２〜７のいずれか１項に記載の樹脂成形方法。
【請求項１０】
前記予備成形工程においては、ゴム型内において液状のナイロンモノマーを重合させるナイロン注型法によって、複数の前記予備成形体のうちのいずれかを成形する、請求項２〜７のいずれか１項に記載の樹脂成形方法。
【請求項１１】
前記予備成形工程においては、複数の前記予備成形体を成形し、
前記配置工程においては、複数の前記予備成形体を前記成形型内に配置し、
前記充填工程及び前記冷却工程においては、複数の前記予備成形体同士の間の境界部分を溶融させて互いに接合することによって前記樹脂成形品を成形する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の樹脂成形方法。
【請求項１２】
前記配置工程においては、前記成形型内に前記予備成形体及び粉末材料も配置し、
前記充填工程及び前記冷却工程においては、前記予備成形体及び前記粉末材料を溶融させて、前記粉末材料によって前記予備成形体の三次元形状を補って前記樹脂成形品を成形する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の樹脂成形方法。
【請求項１３】
前記成形型は、ゴム材料によるゴム型、硬化性樹脂材料による樹脂型、セメント材料によるセメント型、又は石膏材料による石膏型によって形成されている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の樹脂成形方法。
【請求項１４】
前記充填工程及び前記冷却工程においては、真空状態にした前記成形型内に前記溶融した材料を充填するとともに、前記成形型の外部から内部に圧力を作用させる、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の樹脂成形方法。
【請求項１５】
前記成形型は、複数に分割された型部によって構成されており、
複数の前記型部の間には、前記樹脂成形品を成形するためのキャビティが形成されており、
前記充填工程においては、前記予備成形体が溶融するときに、複数の前記型部が互いに接近して、縮小された前記キャビティ内に前記溶融した材料を充填する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の樹脂成形方法。