(57)【要約】【課題】造形材の先端が被排出面に接触するときに、連続繊維の配向方向が、被排出面の法線方向を向いている場合と比して、造形材において連続繊維の先端の部分が分離するのを抑制することができる造形装置を得る。【解決手段】排出部は、造形材の先端が被排出面に接触するときに、連続繊維の配向方向を被排出面の法線方向に対して傾けて造形材を被排出面に排出する。【選択図】図１
2020026062.tif 000002
【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、前記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であって、前記造形材の先端が前記被排出面に接触するときに、前記連続繊維の配向方向を前記被排出面の法線方向に対して傾けて前記造形材を前記被排出面に排出する前記排出部と、
を備える造形装置。
【請求項２】
少なくとも前記造形材の先端が前記被排出面に接触するときに、前記連続繊維の配向方向を前記被排出面の法線方向に対して傾け、
前記排出部は、前記造形材の先端が前記被排出面に接触した状態で、前記連続繊維と前記被排出面との角度が鋭角を成す側へ、前記排出部を前記被排出部に対して相対移動する請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
前記排出部は、前記被排出面に向けて前記造形材を排出する排出口を有し、
前記排出口を中心に前記排出部を回転させることで、前記連続繊維の配向方向を前記被排出面の法線方向に対して傾ける請求項２に記載の造形装置。
【請求項４】
前記排出部は、前記被排出面に向けて前記造形材を排出する排出口を有し、
前記排出口を中心に前記被排出部を回転させることで、前記連続繊維の配向方向を前記被排出面の法線方向に対して傾ける請求項２に記載の造形装置。
【請求項５】
前記造形材の先端が前記被排出面に接触した状態で、前記連続繊維と前記被排出面との成す角度が４５〔度〕以上６０〔度〕以下となるように、前記連続繊維の配向方向を、前記被排出面の法線方向に対して傾ける請求項１〜４の何れか１項に記載の造形装置。
【請求項６】
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、前記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であって、前記造形材の先端が前記被排出面に接触するときに、前記造形材の排出方向を前記被排出面の法線方向に対して傾けて前記造形材を前記被排出面に排出する前記排出部と、
を備える造形装置。
【請求項７】
前記造形材の先端が前記被排出面に接触した状態で、前記連続繊維と前記被排出面との成す角度が４５〔度〕以上６０〔度〕以下となるように、前記造形材の排出方向を、前記被排出面の法線方向に対して傾ける請求項６に記載の造形装置。
【請求項８】
前記造形材の先端を前記被排出面に接触させて、少なくとも前記被排出部と前記排出部とを相対移動させて閾値時間経過したときに、前記連続繊維の配向方向を、前記被排出面の法線方向に変える請求項１〜５の何れか１項に記載の造形装置。
【請求項９】
前記被排出面の法線方向から見て、前記被排出面に排出される前記造形材を湾曲させるときには、前記連続繊維の配向方向を、前記被排出面の法線方向に変える請求項６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、連続繊維の束に樹脂を含浸させた後、線状の造形材が被排出部の被排出面に排出される。ここで、線状の造形材の先端が被排出面に接触するときに、連続繊維の配向方向が、被排出面の法線方向を向いている。このため、連続繊維が座屈してしまい、造形材において連続繊維の先端の部分が分離してしまうことがある。
【０００６】
本発明の課題は、造形材の先端が被排出面に接触するときに、連続繊維の配向方向が、被排出面の法線方向を向いている場合と比して、造形材において連続繊維の先端の部分が分離するのを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１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、前記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であって、前記造形材の先端が前記被排出面に接触するときに、前記連続繊維の配向方向を前記被排出面の法線方向に対して傾けて前記造形材を前記被排出面に排出する前記排出部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に係る造形装置は、請求項１に記載の造形装置において、少なくとも前記造形材の先端が前記被排出面に接触するときに、前記連続繊維の配向方向を前記被排出面の法線方向に対して傾け、前記排出部は、前記造形材の先端が前記被排出面に接触した状態で、前記連続繊維と前記被排出面との角度が鋭角を成す側へ、前記排出部を前記被排出部に対して相対移動することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に係る造形装置は、請求項２に記載の造形装置において、前記排出部は、前記被排出面に向けて前記造形材を排出する排出口を有し、前記排出口を中心に前記排出部を回転させることで、前記連続繊維の配向方向を前記被排出面の法線方向に対して傾けることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に係る造形装置は、請求項２に記載の造形装置において、前記排出部は、前記被排出面に向けて前記造形材を排出する排出口を有し、前記排出口を中心に前記被排出部を回転させることで、前記連続繊維の配向方向を前記被排出面の法線方向に対して傾けることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５に係る造形装置は、請求項１〜４の何れか１項に記載の造形装置において、前記造形材の先端が前記被排出面に接触した状態で、前記連続繊維と前記被排出面との成す角度が４５〔度〕以上６０〔度〕以下となるように、前記連続繊維の配向方向を、前記被排出面の法線方向に対して傾けることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６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、前記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であって、前記造形材の先端が前記被排出面に接触するときに、前記造形材の排出方向を前記被排出面の法線方向に対して傾けて前記造形材を前記被排出面に排出する前記排出部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項７に係る造形装置は、請求項６に記載の造形装置において、前記造形材の先端が前記被排出面に接触した状態で、前記連続繊維と前記被排出面との成す角度が４５〔度〕以上６０〔度〕以下となるように、前記造形材の排出方向を、前記被排出面の法線方向に対して傾けることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項８に係る造形装置は、請求項１〜５の何れか１項に記載の造形装置において、前記造形材の先端を前記被排出面に接触させて、少なくとも前記被排出部と前記排出部とを相対移動させて閾値時間経過したときに、前記連続繊維の配向方向を、前記被排出面の法線方向に変えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項９に係る造形装置は、請求項６に記載の造形装置において、前記被排出面の法線方向から見て、前記被排出面に排出される前記造形材を湾曲させるときには、前記連続繊維の配向方向を、前記被排出面の法線方向に変えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１の造形装置によれば、造形材の先端が被排出面に接触するときに、連続繊維の配向方向が、被排出面の法線方向を向いている場合と比して、造形材において連続繊維の先端の部分が分離するのを抑制することができる。
【００１７】
本発明の請求項２の造形装置によれば、連続繊維と被排出面との角度が鈍角を成す側へ、排出部を被排出部に対して相対移動させる場合と比して、先端部における連続繊維の最小曲げ半径を大きくすることができる。
【００１８】
本発明の請求項３の造形装置によれば、排出部において造形材を受け入れる受入口を中心に排出部を回転させる場合と比して、排出部を回転させることで、排出口から被排出面までの距離が変化するのを抑制することができる。
【００１９】
本発明の請求項４の造形装置によれば、排出部において造形材を受け入れる受入口を中心に被排出部を回転させる場合と比して、被排出部を回転させることで、排出口から被排出面までの距離が変化するのを抑制することができる。
【００２０】
本発明の請求項５の造形装置によれば、造形材の先端が被排出面に接触した状態で、連続繊維と被排出面との角度が７５〔度〕の場合と比して、連続繊維の先端の部分の分離を抑制することができ、この角度が３０〔度〕の場合と比して、造形材において先端の部分の位置が、狙いの位置に対して差が生じるのを抑制することができる。
【００２１】
本発明の請求項６の造形装置によれば、造形材の先端が被排出面に接触するときに、造形材の排出方向をが、被排出面の法線方向を向いている場合と比して、造形材において連続繊維の先端の部分が分離するのを抑制することができる。
【００２２】
本発明の請求項７の造形装置によれば、造形材の先端が被排出面に接触した状態で、連続繊維と被排出面との角度が７５〔度〕の場合と比して、連続繊維の先端の部分の分離を抑制することができ、この角度が３０〔度〕の場合と比して、造形材において先端の部分の位置が、狙いの位置に対して差が生じるのを抑制することができる。
【００２３】
本発明の請求項８の造形装置によれば、連続繊維の配向方向を被排出面の法線方向に対して傾けた状態を維持する場合と比して、被排出面に排出された造形材の位置が、狙いの位置に対してばらつくのを抑制することができる。
【００２４】
本発明の請求項９の造形装置によれば、造形材を湾曲させるときに連続繊維の配向方向を被排出面の法線方向対して傾けている場合と比して、造形材が湾曲した部分の位置精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る造形装置の排出部を示した側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る造形装置の排出部であって、造形材を排出した状態を示した側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る造形装置の排出部であって、台部を移動させた状態を示した側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る造形装置の排出部であって、台部を移動させた状態を示した側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る造形装置を用いて造形装置の台部の上面に排出された造形材を示した斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に係る造形装置の排出部を回転させる状態を示した状態図である。
【図７】本発明の実施形態に係る造形装置の排出部を示した斜視図である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）本発明の実施形態に係る造形装置に用いられる連続繊維の束、及び造形材を示した断面である。
【図９】本発明の実施形態の実施例に係る造形装置、及び比較例に係る造形装置を用いて評価を行った評価結果を表で示した図面である。
【図１０】本発明の実施形態に係る造形装置の制御部の制御系を示したブロック図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る造形装置を示した構成図である。
【図１２】本発明の実施形態に対する変形形態に係る造形装置の排出部であって、台部を移動させた状態を示した側面図である。
【図１３】本発明の実施形態に対する比較形態に係る造形装置の排出部であって、造形材を排出した状態を示した側面図である。
【図１４】本発明の実施形態に対する比較形態に係る造形装置の排出部であって、造形材を排出した状態を示した側面図である。
【図１５】本発明の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１６】本発明の実施形態に対する比較形態に係る造形装置の制御部の制御系を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施形態に係る造形装置の一例について図１〜図１６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。
【００２７】
（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。
【００２８】
造形装置１０は、図１１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。
【００２９】
〔造形ユニット１２〕
造形ユニット１２は、図１１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」）が巻かれたリール部２０と、繊維束１１０が巻き掛けられた巻き掛けロール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５０と、排出部５０を回転させるステッピングモータ５６（図７参照）とを備えている。
【００３０】
−リール部２０、巻き掛けロール２２−
リール部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、リール部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まとまったものである。本実施形態では、連続繊維には、一例として、直径０．０５〔ｍｍ〕の炭素繊維が用いられており、この連続繊維が１０００本以上程度束ねられている。そして、まとまった状態で、図８（Ａ）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〕以下の円状とされている。なお、図８（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。
【００３１】
巻き掛けロール２２は、図１１に示されるように、装置幅方向において、リール部２０の一方側（図中左側）に配置されており、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、リール部２０から巻き出された繊維束１１０が巻き掛けられている。
【００３２】
この構成において、リール部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。
【００３３】
−含浸部２４−
含浸部２４は、図１１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。
【００３４】
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。
【００３５】
通過部２６の本体部２６ａは、リール部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、断面円状とされている。本体部２６ａには、リール部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。
【００３６】
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。
【００３７】
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８（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０．３〔ｍｍ〕以上０．４〔ｍｍ〕以下の円状とされている。なお、図８（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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。これにより、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。
【００４０】
−搬送部４０−
搬送部４０は、図１１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。
【００４１】
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。そして、搬送ロール４２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。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。
【００４２】
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。
【００４３】
−排出部５０、ステッピングモータ５６−
排出部５０は、図１１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、排出部５０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を加熱するヒータ６２（図１参照）を有している。
【００４４】
具体的には、排出部５０は、図７に示されるように、造形材１００が通過する本体部５２と、本体部５２を回転させる回転軸を構成する軸部５４とを有している。
【００４５】
本体部５２は、上下方向に延びて断面円状とされており、本体部５２の下端側の部分の外径は、下端に向かって徐々に縮径している。また、本体部５２の内部には、本体部５２を上下方向に貫通する貫通孔５８が形成されている。貫通孔５８は、上下方向に延びている線ＣＬ１を中心線（以下「中心線ＣＬ１」）とする孔であって、断面円状とされている。また、貫通孔５８の上端には、造形材１００を受け入れる円状の受入口５８ａが形成されており、貫通孔５８の下端には、造形材１００を排出する円状の排出口５８ｂが形成されている。
【００４６】
さらに、排出口５８ｂの外径は、受入口５８ａの外径と比して小さくされている。また、貫通孔５８の下端側の部分には、通過する造形材１００の周面と接触して接触した部分の造形材１００を保持する円柱状の空間である保持部５８ｃが形成されている。そして、ヒータ６２は、保持部５８ｃに保持された部分の造形材１００を加熱して軟化させるように、保持部５８ｃに取り付けられている。なお、排出口５８ｂは、保持部５８ｃに下端に形成されている。
【００４７】
軸部５４は、一対設けられ、端部が本体部５２の下端側の部分に取り付けられ、本体部５２から装置奥行方向の奥側、又は装置奥行方向の手前側へ延びている。また、一対の軸部５４は、図示せぬ装置本体に対して回転可能に取り付けられている。そして、軸部５４の回転中心線は、排出口５８ｂの中心点ＣＰ１を通っている。
【００４８】
ステッピングモータ５６（以下「モータ５６」）は、一方の軸部５４に回転力を付与するように配置されている。
【００４９】
この構成において、モータ５６が一方の軸部５４に回転力を付与することで、図６に示されるように、排出部５０は、装置奥行方向から見て、排出口５８ｂの中心点ＣＰ１を中心に、一方側及び他方側へ回転する。これにより、排出部５０の排出口５８ｂから排出される造形材１００の排出角度が変わる。換言すれば、排出部５０に形成された貫通孔５８の中心線ＣＬ１の角度が変わる。さらに換言すれば、排出部５０の排出口５８ｂから排出される造形材１００の連続繊維の配向方向が変わる。さらに、換言すれば、排出部５０の排出口５８ｂから排出される造形材１００の排出方向が変わる。
【００５０】
このように、排出部５０が回転することで、排出部５０の排出口５８ｂから排出される造形材１００の排出角度が変わる。これにより、排出部５０は、排出角度を変更する角度変更手段として機能している。但し、排出部５０から排出される造形材１００の排出角度を変える方法は前記の方法に限られない。
【００５１】
〔台部１４、移動ユニット１８〕
台部１４は、図１１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。
【００５２】
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４１４を上下方向へ移動させるようになっている。
【００５３】
〔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、ヒータ２８ｂ、スクリュー２８ｃ、ヒータ２６ｅ、搬送ロール４２、４４、ヒータ６２、モータ５６、及び移動ユニット１８を制御する（図１０参照）。なお、制御部１６が各部を制御する構成については、後述する作用と共に説明する。
【００５４】
〔その他〕
造形装置１０は、排出部５０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６０（図１０）を有している。センサ６０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。また、前述した制御部１６は、センサ６０の検知結果に基づいて、移動ユニット１８を制御して台部１４を移動させるようになっている。
【００５５】
（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、比較形態に係る造形装置４１０を用いた場合と比較しつつ説明する。先ず、比較形態に係る造形装置４１０の構成について、造形装置１０に対して異なる部分を主に説明する。
【００５６】
〔造形装置４１０〕
造形装置４１０は、図１５に示されるように、造形ユニット４１２と、造形ユニット４１２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４１６とを備えている。また、造形ユニット４１２は、リール部２０と、巻き掛けロール２２と、含浸部２４と、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４５０とを備えている。
【００５７】
排出部４５０は、造形材１００が通過する本体部５２を有しており、本体部５２に形成されている貫通孔５８は、上下方向に延びている。そして、この排出部４５０は、図示せぬ装置本体に対して回転不能に取り付けられている。
【００５８】
また、制御部４１６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、ヒータ２８ｂ、スクリュー２８ｃ、ヒータ２６ｅ、搬送ロール４２、４４、ヒータ６２、及び移動ユニット１８を制御する（図１６参照）。
【００５９】
〔造形物の造形方法〕
造形装置１０、４１０が稼動する前の状態では、排出部５０、４５０の貫通孔５８の中心線ＣＬ１は、台部１４の上面１４ａの法線方向に延びている。造形装置１０、４１０を用いて造形物を造形する場合に、造形装置１０、４１０が稼動すると制御部１６、４１６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を装置幅方向へ往復移動させ、かつ、台部１４を装置奥行方向へ移動させる。さらに、排出部５０、４５０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に排出し、また、排出された造形材１００は固化される。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。
【００６０】
具体的に、回転する一対の搬送ロール４２、４４が、リール部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。
【００６１】
図１５に示す造形装置４１０を用いた場合には、排出部４５０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６０が、排出部４５０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、制御部４１６は、検知から０．１〔ｓ〕後に移動ユニット１８を制御する。
【００６２】
そして、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。上面１４ａに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、層が複数重ねられることで、造形物が造形される。なお、造形材１００の先端が上面１４ａに接触した後に台部１４を移動させる理由は、０．１〔ｓ〕の間、造形材１００の先端を上面１４ａに押し付けて上面１４ａに貼り付けるためである。
【００６３】
ここで、造形装置４１０の排出部４５０は、前述したように、図示せぬ装置本体に対して回転不能に取り付けられている。このため、図１３に示されるように、排出部４５０の中心線ＣＬ１は、常に上面１４ａの法線方向に延びている。換言すれば、造形材１００の先端が上面１４ａに接触するときの連続繊維の配向方向は、上面１４ａの法線方向となっている。さらに、換言すれば、排出部５０から排出される連続繊維と上面１４ａとの成す角度が、９０〔度〕となっている。このため、造形材１００の先端が上面１４ａに接触したときに、連続繊維が座屈してしまい、図１４に示されるように、造形材１００において連続繊維の先端の部分が分離してしまうことがある。
【００６４】
これに対して、図１１に示す造形装置１０を用いた場合には、排出部５０が造形材１００を上面１４ａに排出して造形材１００の先端が上面１４ａに接触する前に、制御部１６は、モータ５６を制御する。そして、モータ５６は、図１に示されるように、排出部５０を回転させる。具体的には、モータ５６は、装置奥行方向から見て、排出口５８ｂの中心点ＣＰ１を中心に排出部５０を回転させ、排出部５０の中心線ＣＬ１を、上面１４ａの法線方向に対して傾ける。換言すれば、排出部５０から排出される連続繊維の配向方向を、上面１４ａの法線方向に対して傾ける。さらに、換言すれば、排出部５０から排出される連続繊維を上面１４ａに対して傾ける。さらに、換言すれば、排出部５０から排出される造形材１００の排出方向を上面１４ａに対して傾ける。
【００６５】
そして、図２に示されるように、この状態で、排出部５０は、線状の造形材１００を加熱しつつ上面１４ａに排出する。このように、造形材１００の先端が上面１４ａに接触するときの連続繊維の配向方向が、上面１４ａの法線方向に対して傾いている。換言すれば、排出部５０から排出される連続繊維が、上面１４ａに対して傾いている。このため、造形材１００の先端が上面１４ａに接触したときに、連続繊維の束が同様の方向に曲がる。
【００６６】
つまり、造形材１００の先端が上面１４ａに接触したときに、排出部５０は、造形材１００において連続繊維の先端の部分に同様の方向に曲がる力を作用させる曲げ力作用手段として機能している。すなわち、造形材１００の先端が上面１４ａに接触したときに、排出部５０は、造形材１００において連続繊維の先端の部分が分離してしまうのを抑制する分離抑制手段として機能している。
【００６７】
そして、センサ６０が、排出部５０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、制御部１６は、検知から０．１〔ｓ〕後に移動ユニット１８を制御する。移動ユニット１８は、図２、図３に示されるように、造形材１００の先端が上面１４ａに接触した状態で、連続繊維と上面１４ａとの角度（図中Ｒ１）が鋭角を成す側へ、排出部５０を台部１４に対して相対移動させるように、台部１４を装置幅方向の一方側（図中矢印Ｅ１側）に移動させる。なお、本実施形態では、移動ユニット１８は、台部１４を３０〔ｍｍ／ｓｅｃ〕の速さで移動させる。
【００６８】
さらに、制御部１６は、台部１４が移動してから、少なくとも１〔ｓ〕後にモータ５６を制御する。モータ５６は、図４に示されるように、装置奥行方向から見て、排出口５８ｂの中心点ＣＰ１を中心に排出部５０を回転させ、排出部５０の中心線ＣＬ１を、上面１４ａの法線方向に向ける。換言すれば、排出部５０から排出される連続繊維の配向方向を、上面１４ａの法線方向に向ける。
【００６９】
これにより、排出部５０から排出される造形材１００が上面１４ａに押し付けられる力は、排出部５０の中心線ＣＬ１が上面１４ａの法線方向に対して傾いている場合と比して、強くなる。換言すれば、造形材１００が上面１４ａに強く押し付けられることで、上面１４ａに排出された造形材１００の位置が、狙いの位置に対してばらつくのが抑制される。
【００７０】
本実施形態では、前述したように、制御部１６は、台部１４が移動してから、少なくとも１〔ｓ〕後にモータ５６を制御して、排出部５０を回転させた。しかし、図５の部位Ｍ１に示されるように、上面１４ａに排出される造形材１００を湾曲させるときには、１〔ｓ〕経過前であっても、制御部１６は、モータ５６を制御して、排出部５０の中心線ＣＬ１を、上面１４ａの法線方向に向ける。
【００７１】
そして、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。上面１４ａに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。
【００７２】
〔評価〕
次に、造形装置１０、４１０を用いて排出部５０、４５０から上面１４ａに造形材１００を排出させて台部１４を直線状に移動させてから３〔ｓ〕後に装置を停止させ、造形材１００の先端の部分を目視で評価した。この評価について説明する。
【００７３】
−評価仕様−
・比較例：造形材１００の先端が上面１４ａに接触した状態で、連続繊維の配向方向（造形材の排出方向）を、上面１４ａの法線方向とした。換言すれば、造形材１００の先端が上面１４ａに接触した状態で、連続繊維と上面１４ａとの成す角度を、９０〔度〕とした。
【００７４】
・実施例１：造形材１００の先端が上面１４ａに接触した状態で、連続繊維の配向方向（造形材の排出方向）を、上面１４ａの法線方向に対して傾けた。具体的には、造形材１００の先端が上面１４ａに接触した状態で、連続繊維と上面１４ａとの成す角度を７５〔度〕とした。
【００７５】
・実施例２：造形材１００の先端が上面１４ａに接触した状態で、連続繊維の配向方向（造形材の排出方向）を、上面１４ａの法線方向に対して傾けた。具体的には、造形材１００の先端が上面１４ａに接触した状態で、連続繊維と上面１４ａとの成す角度を６０〔度〕とした。
【００７６】
・実施例３：造形材１００の先端が上面１４ａに接触した状態で、連続繊維の配向方向（造形材の排出方向）を、上面１４ａの法線方向に対して傾けた。具体的には、造形材１００の先端が上面１４ａに接触した状態で、連続繊維と上面１４ａとの成す角度を４５〔度〕とした。
【００７７】
・実施例４：造形材１００の先端が上面１４ａに接触した状態で、連続繊維の配向方向（造形材の排出方向）を、上面１４ａの法線方向に対して傾けた。具体的には、造形材１００の先端が上面１４ａに接触した状態で、連続繊維と上面１４ａとの成す角度を３０〔度〕とした。
【００７８】
なお、他の仕様については、各仕様間で同様とした。
【００７９】
−評価内容−
繊維分離評価として、造形材１００において連続繊維の先端の部分が分離しているか否かを目視で評価した。また、先端保持評価として、造形材１００において先端の部分の位置が、狙いの位置に保持されているか否かについて目視で評価した。
【００８０】
−評価基準−
繊維分離評価については、連続繊維の先端の部分が分離していて商品性上許容できないレベルの場合は「×」、分離しているが、商品性上許容できるレベルの場合は「△」、分離していない場合は「○」とした。
【００８１】
先端保持評価については、先端の部分の位置が、狙いの位置に対して差が生じており、商品性上許容できないレベルの場合は「×」、先端の部分の位置が、狙いの位置に対して差が生じているが、商品性上許容できるベルの場合は「△」とした。また、先端の部分の位置が、狙いの位置になっている場合は「○」とした。
【００８２】
−評価結果−
図９に評価結果の表を示す。
【００８３】
比較例については、繊維分離評価が「×」となり、先端保持評価が「○」となった。繊維分離評価が「×」となったため、総合評価は、「×」となった。
【００８４】
実施例１については、繊維分離評価が「△」となり、先端保持評価が「○」となった。繊維分離評価が「△」となったため、総合評価は、「△」となった。
【００８５】
実施例２については、繊維分離評価が「○」となり、先端保持評価が「○」となった。両方の評価が「○」となったため、総合評価は、「○」となった。
【００８６】
実施例３については、繊維分離評価が「○」となり、先端保持評価が「○」となった。両方の評価が「○」となったため、総合評価は、「○」となった。
【００８７】
実施例４については、繊維分離評価が「○」となり、先端保持評価が「△」となった。先端保持評価が「△」となったため、総合評価は、「△」となった。
【００８８】
−考察−
比較例に対する繊維分離評価が「×」となったのは、造形材１００の先端が上面１４ａに接触した状態で、連続繊維と上面１４ａとの成す角度が９０〔度〕であったため、連続繊維が座屈してしまうと考察する。これにより、連続繊維の先端の部分が分離してしまい、繊維分離評価が「×」となった。
【００８９】
実施例１に対する繊維分離評価が「△」となったのは、造形材１００の先端が上面１４ａに接触した状態で、連続繊維と上面１４ａとの成す角度が７５〔度〕であったため、比較例と比して変形量は少ないが、連続繊維が座屈してしまうと考察する。これにより、連続繊維の先端の部分が、少し分離してしまい、繊維分離評価が「△」となった。
【００９０】
実施例４に対する先端保持評価が「△」となったのは、造形材１００の先端が上面１４ａに接触した状態で、連続繊維と上面１４ａとの成す角度が３０〔度〕であったため、造形材１００の先端が上面１４ａに押し付けられる力が弱かったためと考察する。これにより、連続繊維の先端の部分の位置が、狙いの位置に対して差が生じてしまい、先端保持評価が「△」となった。
【００９１】
（まとめ）
以上説明したように、造形装置１０では、造形材１００の先端が上面１４ａに接触するときの連続繊維の配向方向（造形材の排出方向）が、上面１４ａの法線方向に対して傾いている。このため、造形材１００の先端が上面１４ａに接触したときに、連続繊維の束が同様の方向に曲がる。これにより、造形材１００の先端が上面１４ａに接触するときに、連続繊維の配向方向（造形材の排出方向）が、上面１４ａの法線方向を向いている場合と比して、造形材１００において連続繊維の先端の部分が分離するのが抑制される。
【００９２】
また、造形装置１０では、移動ユニット１８は、造形材１００の先端が上面１４ａに接触した状態で、連続繊維と上面１４ａとの角度が鋭角を成す側へ、排出部５０を台部１４に対して相対移動させるように、台部１４を装置幅方向の一方側（図２の矢印Ｅ１側）に移動させる。このため、連続繊維と上面１４ａとの角度が鈍角を成す側へ、排出部５０を台部１４に対して相対移動させるように、台部１４を装置幅方向の他方側へ移動させる場合（図１２参照）と比して、先端部における連続繊維の最小曲げ半径が大きくなる。
【００９３】
また、造形装置１０では、排出口５８ｂの中心点ＣＰ１を中心に排出部５０を回転させて、排出部５０の中心線ＣＬ１を上面１４ａの法線方向に対して傾けた。このため、例えば、排出部５０の受入口５８ａを中心に排出部５０を回転させる場合と比して、排出部５０を回転させることで、排出口５８ｂから上面１４ａまでの距離が変化するのが抑制される。
【００９４】
また、造形装置１０では、例えば、造形材１００の先端が上面１４ａに接触した状態で、連続繊維と上面１４ａとの角度を４５〔度〕以上６０〔度〕以下とすることで、この角度が３０〔度〕の場合と比して、連続繊維の先端の部分の分離が抑制される。さらに、この角度が７５〔度〕の場合と比して、造形材１００において先端の部分の位置が、狙いの位置に対して差が生じるのが抑制される。
【００９５】
また、造形装置１０では、造形材１００の先端を上面１４ａに接触させて、台部１４を排出部５０に対して移動させた後、連続繊維の配向方向（造形材の排出方向）を、上面１４ａの法線方向に変える。これにより、連続繊維の配向方向（造形材の排出方向）を上面１４ａの法線方向に対して傾けた状態を維持する場合と比して、造形材１００が上面１４ａへ強く押し付けられることで、上面１４ａに排出された造形材１００の位置が、狙いの位置に対してばらつくのが抑制される。
【００９６】
また、造形装置１０では、少なくとも、上面１４ａに排出される造形材１００を湾曲させるとき（図５の部位Ｍ１参照）には、連続繊維の配向方向（造形材の排出方向）を、上面１４ａの法線方向に変える。このため、造形材１００を湾曲させるときに連続繊維の配向方向（造形材の排出方向）を上面の法線方向対して傾けている場合と比して、湾曲した部分の造形材１００の位置精度が向上する。
【００９７】
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、台部１４を排出部５０に対して移動させることで、台部１４と排出部５０とを相対移動させたが、台部、及び排出部の少なくとも一方を移動させることで、台部１４と排出部５０とを相対移動させればよい。
【００９８】
また、上記実施形態では、排出口５８ｂの中心点ＣＰ１を中心に排出部５０を回転させたが、排出口５８ｂの中心点ＣＰ１を中心に、排出口５８ｂと上面１４ａとの最短距離を維持した状態で台部１４を回転させることで、排出部５０の中心線ＣＬ１を、上面１４ａの法線方向に対して傾けてもよい。
【００９９】
また、上記実施形態では、造形材１００の先端が上面１４ａに接触した状態で、連続繊維と上面１４ａとの角度が鋭角を成す側へ、排出部５０を台部１４に対して相対移動させるように台部１４を移動させた。しかし、連続繊維と上面１４ａとの角度が鈍角を成す側へ、排出部５０を台部１４に対して相対移動させるように、台部１４を移動させてもよい。しかし、この場合には、連続繊維と上面１４ａとの角度が鋭角を成す側へ、排出部５０を台部１４に対して相対移動させるように台部１４を移動させることで奏する作用は奏しない。
【０１００】
また、上記実施形態では、排出口５８ｂの中心点ＣＰ１を中心に排出部５０を回転させたが、排出口５８ｂにおける他の部位を中心に排出部５０を回転させてもよい。これにより、例えば、排出部５０の受入口５８ａを中心に排出部５０を回転させる場合と比して、排出部５０を回転させることで、排出口５８ｂから上面１４ａまでの距離が変化するのが抑制される。
【０１０１】
また、上記実施形態では、造形装置１０は、含浸部２４を備えたが、含浸部を備えなくてもよい。連続繊維の束に樹脂が含侵した造形材が一対の搬送ロール４２、４４によって搬送させればよい。
【０１０２】
また、上記実施形態では、台部１４の上面１４ａに造形材１００を排出したが、例えば、キャビ型のキャビ面に造形材１００を排出して造形物を造形してもよい。
【０１０３】
また、上記実施形態では、制御部１６は、台部１４が移動してから、少なくとも１〔ｓ〕後にモータ５６を制御して、排出部５０を回転させたが、１〔ｓ〕は閾値時間の一例であって、他の秒数後であってもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
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）
５０  排出部
５８ｂ  排出口
１００  造形材
１１０  繊維束（連続繊維の束）
【図１】
2020026062.tif 000003
【図２】
2020026062.tif 000004
【図３】
2020026062.tif 000005
【図４】
2020026062.tif 000006
【図５】
2020026062.tif 000007
【図６】
2020026062.tif 000008
【図７】
2020026062.tif 000009
【図８】
2020026062.tif 000010
【図９】
2020026062.tif 000011
【図１０】
2020026062.tif 000012
【図１１】
2020026062.tif 000013
【図１２】
2020026062.tif 000014
【図１３】
2020026062.tif 000015
【図１４】
2020026062.tif 000016
【図１５】
2020026062.tif 000017
【図１６】
2020026062.tif 000018