(57)【要約】      （修正有）【課題】連続繊維の束を螺旋状に撚った後に樹脂を含浸させた造形材を用いて造形する構成に比べ、造形材の強度の低下を抑制する造形装置の提供。【解決手段】造形装置１０は、連続繊維の束１１０に樹脂１１２を含侵させた線状の造形材１００が排出される被排出部１４と、前記造形材を前記被排出部に排出する排出部５０と、前記排出部を回転させて前記造形材を螺旋状に撚りながら前記排出部から排出させる回転機構６２と、を備える。【選択図】図１
2020152068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続繊維の束に樹脂を含侵させた線状の造形材が排出される被排出部と、
前記造形材を前記被排出部に排出する排出部と、
前記排出部を回転させて前記造形材を螺旋状に撚りながら前記排出部から排出させる回転機構と、
を備える造形装置。
【請求項２】
前記被排出部に対して前記排出部を曲線状に相対移動させて、前記造形材を曲線状に造形可能な移動機構、を備え、
前記回転機構は、
前記排出部の前記被排出部に対する曲がり方向と同じ方向へ前記排出部を回転させて、曲線状に造形される前記造形材を螺旋状に撚りながら前記排出部から排出させる
請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
前記移動機構は、
前記被排出部に対して前記排出部を第一曲がり方向へ曲線状に相対移動させて、前記造形材を第一曲がり方向へ曲線状に造形可能であり、
前記被排出部に対して前記排出部を前記第一曲がり方向とは反対側の第二曲がり方向へ曲線状に相対移動させて、前記造形材を第二曲がり方向へ曲線状に造形可能であり、
前記回転機構は、
前記排出部の前記第一曲がり方向への相対移動において、前記第一曲がり方向と同じ方向へ前記排出部を正転させ、
前記排出部の前記第二曲がり方向への相対移動において、前記第二曲がり方向と同じ方向へ前記排出部を逆転させる
請求項２に記載の造形装置。
【請求項４】
前記被排出部に対して前記排出部を直線状に相対移動させて、前記造形材を直線状に造形可能であり、且つ、前記被排出部に対して前記排出部を曲線状に相対移動させて、前記造形材を曲線状に造形可能な移動機構を備え、
前記回転機構は、
前記排出部の直線状の相対移動において、第一回転数で前記排出部を回転させ、
前記排出部の曲線状の相対移動において、前記第一回転数よりも多い第二回転数で前記排出部を回転させる
請求項１〜３のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項５】
前記移動機構は、
前記被排出部に対して前記排出部を第一曲率半径で曲線状に相対移動させて、前記造形材を曲線状に造形可能であり、前記被排出部に対して前記排出部を第一曲率半径よりも小さい第二曲率半径で曲線状に相対移動させて、前記造形材を曲線状に造形可能であり、
前記回転機構は、
前記排出部の第一曲率半径での曲線状の相対移動において、前記第二回転数で前記排出部を回転させ、
前記排出部の第二曲率半径での曲線状の相対移動において、前記第二回転数よりも多い第三回転数で前記排出部を回転させる
請求項４に記載の造形装置。
【請求項６】
前記被排出部に対して前記排出部を第一曲率半径で曲線状に相対移動させて、前記造形材を曲線状に造形可能であり、前記被排出部に対して前記排出部を第一曲率半径よりも小さい第二曲率半径で曲線状に相対移動させて、前記造形材を曲線状に造形可能な移動機構を備え、
前記回転機構は、
前記排出部の第一曲率半径での曲線状の相対移動において、第一回転数で前記排出部を回転させ、
前記排出部の第二曲率半径での曲線状の相対移動において、前記第一回転数よりも多い第二回転数で前記排出部を回転させる
請求項１〜３のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項７】
前記排出部から前記被排出部に排出された造形材の高さを検出する検出部と、
前記造形材の各部での高さの差が、予め定められた閾値以上である場合に、該造形材に樹脂を吐出する吐出部と、
を備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項８】
前記排出部から前記被排出部に排出された造形材を加圧する加圧部を備え、
前記検出部は、前記加圧部で加圧された造形材の高さを検出する請求項７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、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、前記フィラメントの全体の撚り量あるいは前記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開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１８／１５１０７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、連続繊維の束を螺旋状に撚った後に樹脂を含浸させた造形材を用いて造形する構成では、造形材の強度が低下する場合がある。
【０００５】
本発明は、連続繊維の束を螺旋状に撚った後に樹脂を含浸する構成に比べ、造形材の強度の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１態様は、連続繊維の束に樹脂を含侵させた線状の造形材が排出される被排出部と、前記造形材を前記被排出部に排出する排出部と、前記排出部を回転させて前記造形材を螺旋状に撚りながら前記排出部から排出させる回転機構と、を備える。
【０００７】
第２態様は、前記被排出部に対して前記排出部を曲線状に相対移動させて、前記造形材を曲線状に造形可能な移動機構、を備え、前記回転機構は、前記排出部の前記被排出部に対する曲がり方向と同じ方向へ前記排出部を回転させて、曲線状に造形される前記造形材を螺旋状に撚りながら前記排出部から排出させる。
【０００８】
第３態様では、前記移動機構は、前記被排出部に対して前記排出部を第一曲がり方向へ曲線状に相対移動させて、前記造形材を第一曲がり方向へ曲線状に造形可能であり、前記被排出部に対して前記排出部を前記第一曲がり方向とは反対側の第二曲がり方向へ曲線状に相対移動させて、前記造形材を第二曲がり方向へ曲線状に造形可能であり、前記回転機構は、前記排出部の前記第一曲がり方向への相対移動において、前記第一曲がり方向と同じ方向へ前記排出部を正転させ、前記排出部の前記第二曲がり方向への相対移動において、前記第二曲がり方向と同じ方向へ前記排出部を逆転させる。
【０００９】
第４態様は、前記被排出部に対して前記排出部を直線状に相対移動させて、前記造形材を直線状に造形可能であり、且つ、前記被排出部に対して前記排出部を曲線状に相対移動させて、前記造形材を曲線状に造形可能な移動機構を備え、前記回転機構は、前記排出部の直線状の相対移動において、第一回転数で前記排出部を回転させ、前記排出部の曲線状の相対移動において、前記第一回転数よりも多い第二回転数で前記排出部を回転させる。
【００１０】
第５態様では、前記移動機構は、前記被排出部に対して前記排出部を第一曲率半径で曲線状に相対移動させて、前記造形材を曲線状に造形可能であり、前記被排出部に対して前記排出部を第一曲率半径よりも小さい第二曲率半径で曲線状に相対移動させて、前記造形材を曲線状に造形可能であり、前記回転機構は、前記排出部の第一曲率半径での曲線状の相対移動において、前記第二回転数で前記排出部を回転させ、前記排出部の第二曲率半径での曲線状の相対移動において、前記第二回転数よりも多い第三回転数で前記排出部を回転させる。
【００１１】
第６態様は、前記被排出部に対して前記排出部を第一曲率半径で曲線状に相対移動させて、前記造形材を曲線状に造形可能であり、前記被排出部に対して前記排出部を第一曲率半径よりも小さい第二曲率半径で曲線状に相対移動させて、前記造形材を曲線状に造形可能な移動機構を備え、前記回転機構は、前記排出部の第一曲率半径での曲線状の相対移動において、第一回転数で前記排出部を回転させ、前記排出部の第二曲率半径での曲線状の相対移動において、前記第一回転数よりも多い第二回転数で前記排出部を回転させる。
【００１２】
第７態様は、前記排出部から前記被排出部に排出された造形材の高さを検出する検出部と、前記造形材の各部での高さの差が、予め定められた閾値以上である場合に、該造形材に樹脂を吐出する吐出部と、を備える。
【００１３】
第８態様は、前記排出部から前記被排出部に排出された造形材を加圧する加圧部を備え、前記検出部は、前記加圧部で加圧された造形材の高さを検出する。
【発明の効果】
【００１４】
第１態様の構成によれば、連続繊維の束を螺旋状に撚った後に樹脂を含浸する構成に比べ、造形材の強度の低下が抑制される。
【００１５】
第２態様の構成によれば、排出部の曲がり方向と反対方向へ排出部を回転させて、造形材を螺旋状に撚る構成に比べ、造形材の曲線状部分での割れが抑制される。
【００１６】
第３態様の構成によれば、排出部の曲がり方向に関わらず、排出部の回転方向が一定である構成に比べ、造形材の曲線状部分での割れが抑制される。
【００１７】
第４態様の構成によれば、排出部の相対移動が直線状であるか曲線状であるかに関わらず、排出部の回転数が一定である構成に比べ、造形材の曲線状部分での割れが抑制される。
【００１８】
第５態様の構成によれば、排出部が曲線状に相対移動する際の曲率半径に関わらず、排出部の回転数が一定である構成に比べ、造形材の曲線状部分での割れが抑制される。
【００１９】
第６態様の構成によれば、排出部が曲線状に相対移動する際の曲率半径に関わらず、排出部の回転数が一定である構成に比べ、造形材の曲線状部分での割れが抑制される。
【００２０】
第７態様の構成によれば、被排出部に排出された状態のままの造形材によって造形する構成に比べ、被排出部に排出された造形材の各部間の段差が抑制される。
【００２１】
第８態様の構成によれば、被排出部に排出された状態のままの造形材に樹脂を吐出する構成に比べ、被排出部に排出された造形材の各部間の段差を解消するために必要な樹脂量が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る造形装置の構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る造形装置に用いられる連続繊維の束の断面図である。
【図３】本実施形態に係る造形装置に用いられる造形材の断面図である。
【図４】図３に示す造形材が扁平形状に変形された状態を示す断面図である。
【図５】本実施形態に係る造形装置の制御部の構成を示すブロック図である。
【図６】本実施形態に係る造形装置によって造形される造形物の一部を示す図である。
【図７】本実施形態に係る排出部の動作を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。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）を示す。また、装置上下方向及び装置幅方向に対して交差する方向（具体的には直交する方向）が、装置奥行方向（水平方向）である。
【００２４】
（造形装置１０）
まず、造形装置１０について説明する。図１には、造形装置１０の概略構成が示されている。
【００２５】
図１に示される造形装置１０は、造形物を造形する装置である。具体的には、造形装置１０は、いわゆる溶解積層方式（ＦＤＭ（Ｆｕｓｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）方式ともいう）の三次元造形装置（いわゆる３Ｄプリンタ）である。さらに具体的には、造形装置１０は、複数の層の層データに基づき、造形材１００によって各層を形成して、造形物を造形する装置である。
【００２６】
本実施形態に係る造形装置１０は、図１に示されるように、造形ユニット１２と、台１４と、移動機構１８と、制御装置１６と、を備えている。なお、造形装置１０で用いられる造形材１００（図３参照）は、連続繊維１２０の束１１０（以下、繊維束１１０という）に樹脂１１２を含侵させた線状の造形材である。線状とは、ある方向へ長さを有する形状を意味しており、造形材１００の断面形状は、不問である。したがって、造形材１００の断面形状としては、例えば、円形状であっても、扁平形状、長方形、三角、四角等であってもよい。
【００２７】
（台１４、移動機構１８）
図１に示される台１４は、被排出部の一例である。具体的には、台１４は、造形材１００が排出される台である。さらに具体的には、台１４は、台１４に排出された造形材１００が載せられる台である。さらに言えば、造形材１００によって造形物が造形される台である。また、台１４は、予備加熱されていてもよい。
【００２８】
台１４は、図１に示されるように、造形ユニット１２の下方に配置されている。台１４は、造形材１００が排出される被排出面１４Ａを有している。被排出面１４Ａは、造形材１００が載せられる面ともいえる。この被排出面１４Ａは、造形ユニット１２側を向いている。すなわち、台１４は、上方側を向いている。さらに具体的には、被排出面１４Ａは、水平面とされている。
【００２９】
図１に示される移動機構１８は、台１４を移動させる機構である。具体的には、移動機構１８は、例えば、台１４を装置幅方向又は装置奥行方向へ直線状に移動させる。換言すれば、移動機構１８は、台１４に対して排出部５０を相対的に装置幅方向又は装置奥行方向へ直線状に移動させる。
【００３０】
さらに具体的には、移動機構１８は、装置幅方向及び装置奥行方向の任意の位置に台１４を移動可能とされている。これにより、移動機構１８は、台１４に対して排出部５０を相対的に、装置幅方向及び装置奥行方向に対して角度を有する方向へ直線状に移動可能とされている。
【００３１】
さらに、移動機構１８は、台１４に対して排出部５０を相対的に、曲線状に移動可能とされている。さらに具体的には、移動機構１８は、台１４に対して排出部５０を相対的に、時計回り方向、又は、反時計回り方向へ曲線状に移動可能とされている。
【００３２】
ここで、時計回り方向は、平面視における方向であり、第一曲がり方向の一例である。反時計回り方向は、平面視における方向であり、第一曲がり方向とは反対側の第二曲がり方向の一例である。なお、時計回り方向を第二曲がり方向の一例と把握し、反時計回り方向を第一曲がり方向の一例と把握してもよい。また、連続した方向変更においても途中変更可能にしてもよい。
【００３３】
さらに、移動機構１８は、台１４に対して排出部５０を任意の曲率半径で曲線状に相対移動可能とされている。したがって、移動機構１８は、層データに基づき、台１４に対して排出部５０を第一曲率半径又は、第一曲率半径よりも小さい第二曲率半径で曲線状に相対移動可能とされている。
【００３４】
そして、移動機構１８は、前述のように、排出部５０を直線状に相対移動させることで、造形材１００を排出部５０の移動方向に沿って直線状に造形可能となっている。さらに、移動機構１８は、前述のように排出部５０を曲線状に相対移動させることで、造形材１００を排出部５０の移動方向に沿って曲線状に造形可能となっている。
【００３５】
なお、移動機構１８は、台１４を装置上下方向にも移動可能とされている。移動機構１８は、台１４を装置上下方向に移動させることで、台１４の被排出面１４Ａから排出部５０までの距離が調整される。移動機構１８としては、例えば、台１４を、装置上下方向、装置幅方向及び装置奥行方向の任意の位置に移動可能な三軸ロボが用いられる。これにより、排出部５０の回転に呼応して回転及びジグザグ、蛇行形状など重複部を持たない部分造形にも対応可能となる。
【００３６】
（造形ユニット１２）
図１に示される造形ユニット１２は、台１４に造形材１００を排出するユニット（排出機構）である。さらに具体的には、造形ユニット１２は、支持体６０と、供給機構２０と、搬送部４０と、排出部５０と、回転機構６２と、加圧ロール５６と、検知センサ５７と、吐出ヘッド５９と、加圧ロール５８と、を有している。
【００３７】
（支持体６０）
支持体６０は、供給機構２０の各部、搬送部４０、及び排出部５０等を支持する支持体である。支持体６０は、排出部５０を上下方向に沿った軸線周りに回転可能に支持している。
【００３８】
（供給機構２０）
供給機構２０は、繊維束１１０に樹脂１１２を含侵させた線状の造形材１００を供給する機構である。具体的には、供給機構２０は、供給部２１と、巻掛ロール２２と、含浸部２４と、を有している。
【００３９】
（供給部２１）
供給部２１は、巻掛ロール２２へ繊維束１１０を供給する機能を有している。具体的には、供給部２１は、繊維束１１０が巻かれたリールで構成されている。この供給部２１は、支持体６０に対して回転可能に支持されている。
【００４０】
供給部２１は、図１の反時計方向に回転することで、繊維束１１０を装置幅方向（図１における左方側）へ送り出す。
【００４１】
なお、繊維束１１０とは、複数の連続繊維１２０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１２０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１２０が１０００本以上束ねられている。そして、束ねられた状態で、図２に示されるように、繊維束１１０の断面は、直径（図中Ｄ１）０．３〔ｍｍ〕以上０．４〔ｍｍ〕以下の円形状とされている。なお、図２では、繊維の本数を少なくして断面を示している。
【００４２】
（巻掛ロール２２）
巻掛ロール２２は、図１に示されるように、装置幅方向において、供給部２１の一方側（図１における左方側）に配置されており、支持体６０に対して回転可能に支持されている。そして、巻掛ロール２２には、供給部２１から巻き出された繊維束１１０が巻き掛けられている。
【００４３】
供給部２１から装置幅方向へ巻き出された繊維束１１０は、巻掛ロール２２に巻き掛けられることで、下方へ向きを変えて下方へ送られる。したがって、巻掛ロール２２は、繊維束１１０を下方へ案内する機能を有している。
【００４４】
（含浸部２４）
含浸部２４は、繊維束１１０に樹脂を含浸させて線状の造形材１００とする含浸部である。含浸部２４は、図１に示されるように、造形材１００が供給部２１から送られる送り方向において、巻掛ロール２２に対する下流側に配置されている。具体的には、含浸部２４は、巻掛ロール２２に対する下方側に配置されている。
【００４５】
この含浸部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。
【００４６】
樹脂送出部２８の内部には、樹脂が収容されており、樹脂送出部２８は、収容された樹脂を加熱するヒータ２８Ａと、加熱された樹脂を通過部２６に送り出すスクリュー２８Ｂと、を有している。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２８Ａは、収容されたポリプロピレン樹脂を、例えば１８０〔℃〕以上３００〔℃〕以下に加熱することで溶融している。
【００４７】
通過部２６は、供給部２１から送り出された繊維束１１０が通過するように配置されている。また、通過部２６は、上下方向に延びている円筒状とされており、供給部２１から巻き出された繊維束１１０を受け入れる受入口２６Ａ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円柱状の滞留部２６Ｂとを有している。さらに、通過部２６は、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２６Ｃと、周壁に取り付けられ、滞留部２６Ｂに滞留している樹脂を加熱するヒータ２６Ｄと、を有している。そして、受入口２６Ａ、滞留部２６Ｂ、及び排出ヘッド２６Ｃは上方から下方へ向けてこの順番で並んでいる。本実施形態では、一例として、ヒータ２６Ｄは、滞留部２６Ｂに滞留しているポリプロピレン樹脂を２００〔℃〕以上３００〔℃〕以下に加熱する。
【００４８】
含浸部２４では、樹脂送出部２８は、加熱された樹脂を通過部２６の滞留部２６Ｂに送り出す。また、通過部２６は、受入口２６Ａから受け入れて滞留部２６Ｂ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２６Ｃから排出する。また、排出ヘッド２６Ｃから排出された状態で、図３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０．３〔ｍｍ〕以上０．４〔ｍｍ〕以下の円形状とされている。なお、図３では、繊維の本数を少なくして断面を示している。
【００４９】
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。これにより、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。
【００５０】
（搬送部４０）
搬送部４０は、供給機構２０からの造形材１００を排出部５０へ搬送する機能を有している。搬送部４０は、図１に示されるように、造形材１００が供給部２１から送られる送り方向において、含浸部２４に対する下流側に配置されている。具体的には、搬送部４０は、含浸部２４に対する下方側に配置されている。
【００５１】
この搬送部４０は、例えば、一対の搬送ロール４２、４４を有している。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いる。
【００５２】
搬送ロール４２、４４は、支持体６０に回転可能に支持されている。この搬送ロール４２、４４は、図示しない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。搬送部４０では、回転する搬送ロール４２、４４は、例えば、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。なお、造形材１００の搬送速度は、３０〔ｍｍ／ｓｅｃ〕に限られない。
【００５３】
なお、搬送部４０において、一対の搬送ロール４２、４４で、造形材１００を挟んで加圧することで、断面円形状の造形材１００を断面扁平形状に変形させてもよい。ここで、扁平形状の断面とは、図４に示されるように、断面の一方向の長さが、断面において一方向に対して交差する交差方向の長さと比して長くなると共に、交差方向を向く一対の平面（以下「扁平平面１００Ｄ」）が形成されている断面である。つまり、扁平平面１００Ｄとは、扁平形状の短手方向を向く一対の平面のことである。
【００５４】
また、一対の搬送ロール４２、４４は、造形材１００を加熱する加熱部を有していてもよい。また、搬送部４０としては、搬送ロールに替えて搬送ベルトを有していてもよい。
【００５５】
（排出部５０）
排出部５０は、図１に示されるように、造形材１００を台１４に排出する機能を有している。排出部５０は、造形材１００が供給部２１から送られる送り方向において、搬送部４０に対する下流側に配置されている。具体的には、排出部５０は、搬送部４０に対する下方側に配置されている。
【００５６】
また、排出部５０は、搬送部４０から送られた造形材１００が流入する流入口５０Ｃと、流入口５０Ｃから流入された造形材１００を台１４の被排出面１４Ａへ排出する排出口５０Ｂと、を有している。排出部５０は、造形材１００を加熱する加熱部を有していてもよい。
【００５７】
（回転機構６２）
図１に示される回転機構６２は、排出部５０を回転させる機構である。具体的には、回転機構６２は、排出部５０を上下方向に沿った軸線周りに回転させる機構である。さらに言えば、回転機構６２は、排出部５０を台１４の被排出面１４Ａに対する垂直方向に沿った軸線周りに正転及び逆転させる機構である。
【００５８】
回転機構６２は、排出部５０を回転させることで、造形材１００を螺旋状に撚りながら排出部５０から排出させる。排出部５０が台１４に対して曲線状に移動して造形材１００が曲線状に造形される場合には、回転機構６２は、排出部５０の台１４に対する曲がり方向と同じ方向へ排出部５０を回転させて、曲線状に造形される造形材１００を螺旋状に撚りながら排出部５０から排出させる。
【００５９】
具体的には、台１４に対する排出部５０の時計回り方向への相対移動において、回転機構６２は、排出部５０を時計回り方向へ正転させ、排出部５０の反時計回り方向への相対移動において、回転機構６２は、排出部５０を反時計回り方向へ逆転させる。なお、ここで、時計回り方向及び反時計回り方向は、平面視における方向である。
【００６０】
さらに、回転機構６２は、排出部５０の回転数を調整可能とされている。排出部５０の回転数とは、単位時間あたりに排出部５０が回転する数である。
【００６１】
本実施形態では、回転機構６２は、排出部５０の直線状の相対移動において、第一回転数で排出部５０を回転させ、排出部５０の曲線状の相対移動において、第一回転数よりも多い第二回転数で排出部５０を回転させる。
【００６２】
具体的には、回転機構６２は、排出部５０の第一曲率半径での曲線状の相対移動において、第二回転数で排出部５０を回転させ、排出部５０の第一曲率半径よりも小さい第二曲率半径での曲線状の相対移動において、第二回転数よりも多い第三回転数で排出部５０を回転させる。さらに具体的には、回転機構６２は、排出部５０の第一曲率半径以上での曲線状の相対移動において、第二回転数で排出部５０を回転させ、排出部５０の第一曲率半径未満での曲線状の相対移動において、第二回転数よりも多い第三回転数で排出部５０を回転させる。なお、排出部５０の回転数は、排出部５０の曲線状の相対移動における曲率半径が小さくなるにつれて、段階的、又は、徐々に多くなるように構成されることが望ましい。
【００６３】
（加圧ロール５６）
図１に示される加圧ロール５６は、加圧部の一例である。加圧ロール５６は、排出部５０から排出された造形材１００を加圧する機能を有している。具体的には、加圧ロール５６は、台１４の被排出面１４Ａに造形材１００を押し付けることで、造形材１００を台１４との間に挟むことで加圧する。加圧ロール５６が造形材１００を加圧することで、台１４に排出された造形材１００の各部の高さのばらつきが小さくされる。
【００６４】
なお、加圧ロール５６は、造形材１００を加熱する加熱部を有していてもよい。加熱部としては、例えば、加圧ロール５６の内部に設けられた加熱源が用いられる。さらに、加熱部としては、加圧ロール５６を外部から加熱する加熱装置であってもよい。当該加熱源及び当該加熱装置としては、電熱線やハロゲンランプ及びレーザーなどを用いたヒータが挙げられる。
【００６５】
（検知センサ５７）
図１に示される検知センサ５７は、排出部５０から台１４に排出され且つ加圧ロール５６で加圧された造形材１００の高さを検出するための検知部である。この検知センサ５７は、造形材１００が排出される排出方向において、加圧ロール５６に対する下流側に配置されている。具体的には、検知センサ５７は、例えば、反射型の光センサで構成されている。検知センサ５７では、例えば、排出部５０から台１４に排出され、且つ加圧ロール５６で加圧された造形材１００に光を照射し、該反射光を受光する。
【００６６】
（吐出ヘッド５９）
図１に示される吐出ヘッド５９は、吐出部の一例である。排出部５０から台１４に排出され且つ加圧ロール５６で加圧された造形材１００の各部での高さの差が、予め定められた閾値以上である場合に、当該造形材１００に樹脂を吐出する。吐出ヘッド５９が吐出する樹脂には、含浸部２４にて繊維束１１０に含浸させる樹脂と同じ種類の樹脂が用いられる。なお、造形材１００の各部での高さの差は、後述の検出部１７によって検出される。
【００６７】
（加圧ロール５８）
図１に示される加圧ロール５８は、吐出ヘッド５９から樹脂が吐出された造形材１００を加圧する他の加圧部として機能する。具体的には、加圧ロール５８は、台１４の被排出面１４Ａに造形材１００を押し付けることで、造形材１００を台１４との間に挟むことで加圧する。加圧ロール５８が造形材１００を加圧することで、造形材１００の各部の高さのばらつきが小さくされる。さらに、直線状部分及び曲線状部分の螺旋状態の違いによる隙間、および起伏を最小限におさえることが可能となる。
【００６８】
なお、加圧ロール５８は、加圧ロール５６と同様に、造形材１００を加熱する加熱部を有していてもよい。加熱部としては、例えば、加圧ロール５８の内部に設けられた加熱源が用いられる。さらに、加熱部としては、加圧ロール５８を外部から加熱する加熱装置であってもよい。当該加熱源及び当該加熱装置としては、電熱線やハロゲンランプ、レーザーなどを用いたヒータが挙げられる。
【００６９】
（制御装置１６）
図１に示される制御装置１６は、造形装置１０の各部の動作を制御する。具体的には、制御装置１６は、プログラムが記憶されたＲＯＭ（ロム）やストレージ等で構成された記憶部と、プログラムに従って動作するプロセッサと、を有しており、記憶部に記憶されたプログラムを読み出し、実行することにより、造形装置１０の各部の動作が制御される。
【００７０】
制御装置１６は、図５に示されるように、機能構成として、検出部１７と、移動機構１８の駆動を制御する移動機構制御部１６Ａと、含浸部２４の駆動を制御する含浸部制御部１６Ｂと、搬送部４０の駆動を制御する搬送部制御部１６Ｃと、回転機構６２の動作を制御する回転機構制御部１６Ｄと、吐出ヘッド５９の駆動を制御する吐出ヘッド制御部１６Ｅと、を有している。含浸部制御部１６Ｂは、具体的には、含浸部２４のヒータ２８Ａ、スクリュー２８Ｂ及びヒータ２６Ｄの駆動を制御する。
【００７１】
検出部１７は、検知センサ５７の検知結果に基づいて、排出部５０から台１４に排出され且つ加圧ロール５６で加圧された造形材１００の各部の高さ、及び当該各部間での高さの差を検出する。具体的には、検出部１７は、検知センサ５７の光の照射時刻から受光時刻までの反射時間によって、造形材１００の各部の高さを求める。さらに、検出部１７は、求めた各部の高さから、各部間での高さの差を検出する。具体的には、例えば、造形材１００の予め定められた範囲において、各部の高さの最大値と最小値との差を、各部間での高さの差とする。
【００７２】
吐出ヘッド制御部１６Ｅは、検出部１７が検出した高さの差が、予め定められた閾値以上であるかを判断し、高さの差が予め定められた閾値以上であると判断した場合に、吐出ヘッド５９に樹脂を吐出させる。
【００７３】
具体的には、制御装置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基づき、以下の造形動作が実行されるように、移動機構１８、供給機構２０、搬送部４０、回転機構６２、及び吐出ヘッド５９等の動作を制御する。
【００７４】
（造形装置１０の造形動作）
ここでは、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基づき、直線状部分及び曲線状部分を含む造形物２００を造形する造形動作について説明する。具体的には、当該層データに基づき、図６に示されるように、直線状部分２０１、２０６及び曲線状部分２０２、２０３、２０４、２０５を有する造形物２００を造形する造形動作について説明する。
【００７５】
なお、曲線状部分２０２、２０３は、時計回り方向に湾曲し、曲線状部分２０４、２０５は、反時計回り方向に湾曲している。すなわち、曲線状部分２０２、２０３と、曲線状部分２０４、２０５とは、螺旋の曲がり方向が異なっている。螺旋の曲がり方向を変えない場合と比べ、方向転換時の繊維のねじりおよびその残留歪が軽減される。
【００７６】
さらに、曲線状部分２０３は、曲線状部分２０２よりも曲率半径が小さくなっている。また、曲線状部分２０４は、曲線状部分２０５よりも曲率半径が小さくなっている。なお、曲線状部分２０２と曲線状部分２０５とは、曲率半径が同じとされている。また、曲線状部分２０３と曲線状部分２０４とは、曲率半径が同じとされている。また、図６では、曲線状部分２０２、２０３、２０４、２０５の各々の曲率中心を、符号２０２Ｓ、２０３Ｓ、２０４Ｓ、２０５Ｓで示している。
【００７７】
直線状部分２０１、２０６及び曲線状部分２０２、２０３、２０４、２０５を有する造形物２００を造形する場合では、移動機構１８は、台１４を移動させることで、台１４に対して排出部５０を含む造形ユニット１２を以下のように相対移動させる。
【００７８】
すなわち、排出部５０は、まず、図７に示されるように、第一方向Ｍ１へ直線状に相対移動する（以下、当該移動を「直線移動Ａ」という）。次に、排出部５０は、第一曲率半径Ｒ１で時計回り方向Ｍ２へ曲線状に相対移動する（以下、当該移動を「曲線移動Ｂ」という）。次に、排出部５０は、第二曲率半径Ｒ２で時計回り方向Ｍ３へ曲線状に相対移動する（以下、当該移動を「曲線移動Ｃ」という）。次に、排出部５０は、第二曲率半径Ｒ２で反時計回り方向Ｍ４へ曲線状に相対移動する（以下、当該移動を「曲線移動Ｄ」という）。次に、排出部５０は、第一曲率半径Ｒ１で反時計回り方向Ｍ５へ曲線状に相対移動する（以下、当該移動を「曲線移動Ｅ」という）。次に、排出部５０は、第二方向Ｍ６へ直線状に相対移動する（以下、当該移動を「直線移動Ｆ」という）。なお、第一方向Ｍ１は、例えば、図１に示す装置幅方向Ｗである。また、ここで、時計回り方向及び反時計回り方向は、平面視における方向である。また、図７は、排出部５０の排出口５０Ｂの平面視における中心５０Ｓ（中央）の軌跡を示したものである。
【００７９】
そして、本実施形態では、排出部５０から造形材１００が排出される際に、回転機構６２が、排出部５０を回転させることで、造形材１００を螺旋状に撚りながら排出部５０から排出させる。
【００８０】
具体的には、回転機構６２は、直線移動Ａにおいて、予め設定された第一回転数で排出部５０を回転させて、造形材１００を螺旋状に撚りながら排出部５０から排出させる。なお、このとき、回転機構６２は、例えば、時計回り方向へ排出部５０を回転させる。
【００８１】
次に、回転機構６２は、曲線移動Ｂにおいて、第一回転数よりも多い第二回転数で、時計回り方向へ排出部５０を回転させて、造形材１００を螺旋状に撚りながら排出部５０から排出させる。
【００８２】
次に、回転機構６２は、曲線移動Ｃにおいて、第二回転数よりも多い第三回転数で、時計回り方向へ排出部５０を回転させて、造形材１００を螺旋状に撚りながら排出部５０から排出させる。
【００８３】
次に、回転機構６２は、曲線移動Ｄにおいて、第三回転数で、反時計回り方向へ排出部５０を回転させて、造形材１００を螺旋状に撚りながら排出部５０から排出させる。
【００８４】
次に、回転機構６２は、曲線移動Ｅにおいて、第二回転数で、反時計回り方向へ排出部５０を回転させて、造形材１００を螺旋状に撚りながら排出部５０から排出させる。
【００８５】
次に、回転機構６２は、直線移動Ｆにおいて、第一回転数で排出部５０を回転させて、造形材１００を螺旋状に撚りながら排出部５０から排出させる。なお、このとき、回転機構６２は、例えば、反時計回り方向へ排出部５０を回転させる。
【００８６】
排出部５０から台１４に排出された造形材１００は、図１に示されるように、加圧ロール５６によって加圧される。これにより、台１４に排出された造形材１００の各部の高さのばらつきが小さくされる。
【００８７】
さらに、本実施形態では、検出部１７が、検知センサ５７の検知結果に基づいて、加圧ロール５６で加圧された造形材１００の各部の高さの差を検出する。
【００８８】
吐出ヘッド制御部１６Ｅは、検出部１７が検出した高さの差が、予め定められた閾値以上であるかを判断し、高さの差が予め定められた閾値以上であると判断した場合に、吐出ヘッド５９に樹脂を吐出させる。
【００８９】
そして、吐出ヘッド５９から樹脂が吐出された造形材１００は、加圧ロール５８によって加圧される。これにより、造形材１００の各部の高さのばらつきが小さくされる。
【００９０】
以上のように、本実施形態では、回転機構６２は、排出部５０を回転させることで、造形材１００を螺旋状に撚りながら排出部５０から排出させる。
【００９１】
このため、繊維束１１０を螺旋状に撚った後に樹脂１１２を含浸する構成に比べ、連続繊維１２０の折れや切断および折り返しが少なくなり、造形材１００の強度の低下が抑制される。特に、造形物２００の曲線状部分２０２、２０３、２０４、２０５において、連続繊維１２０の折れや切断が少なくなり、造形材１００の強度の低下が抑制される。
【００９２】
また、本実施形態では、排出部５０が台１４に対して曲線状に移動して造形材１００が曲線状に造形される場合には、回転機構６２は、排出部５０の台１４に対する曲がり方向と同じ方向へ排出部５０を回転させて、曲線状に造形される造形材１００を螺旋状に撚りながら排出部５０から排出させる。
【００９３】
このため、回転機構６２が排出部５０の曲がり方向と反対方向へ排出部５０を回転させて、造形材１００を螺旋状に撚る構成に比べ、造形材１００の曲線状部分での割れが抑制される。
【００９４】
また、本実施形態では、排出部５０の時計回り方向への相対移動において、回転機構６２は、排出部５０を時計回り方向へ正転させ、排出部５０の反時計回り方向への相対移動において、回転機構６２は、排出部５０を反時計回り方向へ逆転させる。
【００９５】
このため、排出部５０の曲がり方向に関わらず、排出部５０の回転方向が一定である構成に比べ、造形材１００の曲線状部分での割れが抑制される。さらに言えば、当該構成によれば、排出部５０の曲がり方向にあわせて、造形材１００の螺旋方向が制御され、連続繊維１２０に対する負荷および内部歪を軽減され連続的に造形可能になる。
【００９６】
また、本実施形態では、回転機構６２は、排出部５０の直線状の相対移動において、第一回転数で排出部５０を回転させ、排出部５０の曲線状の相対移動において、第一回転数よりも多い第二回転数で排出部５０を回転させる。
【００９７】
このため、排出部５０の相対移動が直線状であるか曲線状であるかに関わらず、排出部５０の回転数が一定である構成に比べ、造形材１００の曲線状部分での割れが抑制される。
【００９８】
また、本実施形態では、回転機構６２は、排出部５０の第一曲率半径での曲線状の相対移動において、第二回転数で排出部を回転させ、排出部５０の第二曲率半径での曲線状の相対移動において、第二回転数よりも多い第三回転数で排出部５０を回転させる。
【００９９】
このため、排出部５０が曲線状に相対移動する際の曲率半径に関わらず、排出部５０の回転数が一定である構成に比べ、造形材１００の曲線状部分での割れが抑制される。
【０１００】
また、本実施形態では、排出部５０から台１４に排出された造形材１００の各部での高さの差が、予め定められた閾値以上である場合（たとえば層厚１００μｍ高さに対して＋−１０％程度の範囲内を許容）に、吐出ヘッド５９が当該造形材１００に樹脂を吐出する。
【０１０１】
このため、台１４に排出された状態のままの造形材１００によって造形する構成に比べ、台１４に排出された造形材１００の各部間の段差（具体的には、例えば連続繊維１２０の重なりによる段差）が抑制される。
【０１０２】
また、本実施形態では、加圧ロール５６は、排出部５０から排出された造形材１００を加圧し、加圧ロール５６で加圧された造形材１００の各部での高さの差が、予め定められた閾値以上である場合に、当該造形材１００に樹脂を吐出する。
【０１０３】
このため、台１４に排出された状態のままの造形材１００によって造形する構成に比べ、造形材１００の各部間の段差（具体的には、例えば連続繊維１２０の重なりによる段差）を解消するために必要な樹脂量が低減される。
【０１０４】
（変形例）
本実施形態では、回転機構６２は、排出部５０の第一曲率半径での曲線状の相対移動において、第二回転数で排出部を回転させ、排出部５０の第二曲率半径での曲線状の相対移動において、第二回転数よりも多い第三回転数で排出部５０を回転させていたが、これに限られない。
【０１０５】
例えば、回転機構６２は、排出部５０の第一曲率半径での曲線状の相対移動において、第一回転数で排出部を回転させ、排出部５０の第二曲率半径での曲線状の相対移動において、第二回転数で排出部５０を回転させてもよい。すなわち、回転機構６２は、排出部５０の第一曲率半径での曲線状の相対移動において、排出部５０の直線状の相対移動における回転数と同じ回転数で排出部を回転させてもよい。
【０１０６】
当該構成によれば、排出部５０が曲線状に相対移動する際の曲率半径に関わらず、排出部５０の回転数が一定である構成に比べ、造形材１００の曲線状部分での割れが抑制される。
【０１０７】
また、本実施形態では、排出部５０が台１４に対して曲線状に移動して造形材１００が曲線状に造形される場合には、回転機構６２は、排出部５０の台１４に対する曲がり方向と同じ方向へ排出部５０を回転させて、曲線状に造形される造形材１００を螺旋状に撚りながら排出部５０から排出させていたが、これに限られない。例えば、回転機構６２が排出部５０の曲がり方向と反対方向へ排出部５０を回転させて、造形材１００を螺旋状に撚る構成であってもよい。
【０１０８】
また、本実施形態では、排出部５０の時計回り方向への相対移動において、回転機構６２は、排出部５０を時計回り方向へ正転させ、排出部５０の反時計回り方向への相対移動において、回転機構６２は、排出部５０を反時計回り方向へ逆転させていたが、これに限られない。例えば、排出部５０の曲がり方向に関わらず、排出部５０の回転方向が一定である構成であってもよい。
【０１０９】
また、本実施形態では、回転機構６２は、排出部５０の直線状の相対移動において、第一回転数で排出部５０を回転させ、排出部５０の曲線状の相対移動において、第一回転数よりも多い第二回転数で排出部５０を回転させていたが、これに限られない。例えば、排出部５０の相対移動が直線状であるか曲線状であるかに関わらず、排出部５０の回転数が一定である構成であってもよい。
【０１１０】
また、本実施形態では、回転機構６２は、排出部５０の第一曲率半径での曲線状の相対移動において、第二回転数で排出部を回転させ、排出部５０の第二曲率半径での曲線状の相対移動において、第二回転数よりも多い第三回転数で排出部５０を回転させていたが、これに限られない。例えば、排出部５０が曲線状に相対移動する際の曲率半径に関わらず、排出部５０の回転数が一定である構成(具体的には、第二回転数を用いた構成）であってもよい。
【０１１１】
また、本実施形態では、排出部５０から台１４に排出された造形材１００の各部での高さの差が、予め定められた閾値以上である場合に、吐出ヘッド５９が当該造形材１００に樹脂を吐出していたが、これに限られない。例えば、吐出ヘッド５９を有せず、台１４に排出された状態のままの造形材１００によって造形する構成であってもよい。
【０１１２】
また、本実施形態では、吐出ヘッド制御部１６Ｅは、検出部１７が検出した高さの差が、予め定められた閾値以上であるかを判断し、高さの差が予め定められた閾値以上であると判断した場合に、吐出ヘッド５９に樹脂を吐出させていたが、これに限られない。例えば、予め定められた基準（例えば台１４の高さ）に対する造形材１００の各部の高さの差が、予め定められた閾値以下である場合に、吐出ヘッド５９から樹脂を吐出させる構成であってもよい。
【０１１３】
本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、変更、改良が可能である。例えば、上記に示した変形例は、適宜、複数を組み合わせて構成してもよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１０   造形装置
１４   台（被排出部の一例）
１７   検出部
１８   移動機構
５０   排出部
５６   加圧ロール（加圧部の一例）
５９   吐出ヘッド（吐出部の一例）
６２   回転機構
１００ 造形材
【図１】
2020152068.tif 000003
【図２】
2020152068.tif 000004
【図３】
2020152068.tif 000005
【図４】
2020152068.tif 000006
【図５】
2020152068.tif 000007
【図６】
2020152068.tif 000008
【図７】
2020152068.tif 000009