(57)【要約】【課題】安定した吐出量を実現する可塑化装置を提案する。【解決手段】材料を可塑化して溶融材料にする可塑化装置は、駆動モーターと、溝が形成された溝形成面を有し、駆動モーターによって回転するスクリューと、溝形成面に対向し、中心に連通孔が形成された対向面と、ヒーターとを有するバレルと、を備える。スクリューは、スクリューの内部に設けられた冷媒流路と、冷媒流路に連通し、スクリューの外部から冷媒を導入する入口部と、冷媒流路に連通し、スクリューの外部に冷媒を排出する出口部とを有する。【選択図】図６
2020075396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を可塑化して溶融材料にする可塑化装置であって、
駆動モーターと、
溝が形成された溝形成面を有し、前記駆動モーターによって回転するスクリューと、
前記溝形成面に対向し、中心に連通孔が形成された対向面と、ヒーターとを有するバレルと、
を備え、
前記スクリューは、前記スクリューの内部に設けられた冷媒流路と、前記冷媒流路に連通し、前記スクリューの外部から冷媒を導入する入口部と、前記冷媒流路に連通し、前記スクリューの外部に前記冷媒を排出する出口部とを有する、
可塑化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の可塑化装置であって、
前記出口部は、前記入口部よりも前記スクリューの中心側に設けられている、可塑化装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の可塑化装置であって、
前記スクリューを収容するケースを備え、
前記ケースには、前記スクリューに対向する面に、環状のケース側溝部が設けられており、
前記スクリューには、前記ケース側溝部に対向する面に、前記冷媒流路に連通する環状のスクリュー側溝部が設けられており、
前記スクリューと前記ケースとの少なくともいずれか一方には、前記スクリュー側溝部の外周縁と前記ケース側溝部の外周縁との間をシールする外周シール部材と、前記スクリュー側溝部の内周縁と前記ケース側溝部の内周縁との間をシールする内周シール部材とが設けられており、
前記スクリュー側溝部と前記ケース側溝部と前記外周シール部材と前記内周シール部材とによって囲まれた空間を前記冷媒が流通する、可塑化装置。
【請求項４】
請求項３に記載の可塑化装置であって、
前記スクリューにおける前記ケースに対向する面に、熱伝達抑制部が設けられている、可塑化装置。
【請求項５】
請求項１に記載の可塑化装置であって、
前記駆動モーターは、回転軸を有し、
前記回転軸の内部には、前記冷媒流路に連通する軸内流路が形成されている、可塑化装置。
【請求項６】
三次元造形装置であって、
造形材料を吐出するノズルと、
材料を可塑化して前記造形材料にして、前記ノズルに前記造形材料を供給する可塑化装置と、
前記可塑化装置を制御する制御部と、
を備え、
前記可塑化装置は、
駆動モーターと、
溝が形成された溝形成面を有し、前記駆動モーターによって回転するスクリューと、
前記溝形成面に対向し、中心に連通孔が形成された対向面と、ヒーターとを有するバレルと、
を備え、
前記スクリューは、前記スクリューの内部に設けられた冷媒流路と、前記冷媒流路に連通し、前記スクリューの外部から冷媒を導入する入口部と、前記冷媒流路に連通し、前記スクリューの外部に前記冷媒を排出する出口部とを有する、三次元造形装置。
【請求項７】
請求項６に記載の三次元造形装置であって、
前記冷媒流路に前記冷媒を供給する冷媒ポンプと、
前記スクリューの温度を取得する温度センサーと、
を備え、
前記制御部は、前記温度センサーによって取得した前記温度が予め定められた温度以上である場合には、前記冷媒ポンプを駆動することによって前記冷媒流路に前記冷媒を供給する、三次元造形装置。
【請求項８】
射出成形装置であって、
溶融材料を吐出するノズルと、
材料を可塑化して前記溶融材料にして、前記ノズルに前記溶融材料を供給する可塑化装置と、
前記可塑化装置を制御する制御部と、
を備え、
前記可塑化装置は、
駆動モーターと、
溝が形成された溝形成面を有し、前記駆動モーターによって回転するスクリューと、
前記溝形成面に対向し、中心に連通孔が形成された対向面と、ヒーターとを有するバレルと、
を備え、
前記スクリューは、前記スクリューの内部に設けられた冷媒流路と、前記冷媒流路に連通し、前記スクリューの外部から冷媒を導入する入口部と、前記冷媒流路に連通し、前記スクリューの外部に前記冷媒を排出する出口部とを有する、射出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、可塑化装置、三次元造形装置および射出成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、端面に螺旋溝が形成されたローターと、ローターの螺旋溝が形成された端面に対向し、中心に連通孔を有するバレルとを備えた可塑化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】特開２０１０−２４１０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した可塑化装置は、ローターの回転と、バレルからの加熱とによって、螺旋溝内に供給された材料を可塑化するとともに、材料を螺旋溝に沿って外周部から中心部へと搬送することによって、可塑化された材料を連通孔から吐出する。しかし、ローターの温度が高くなりすぎると、材料の可塑化と搬送とのバランスが崩れて、可塑化された材料の連通孔からの吐出量が不安定になる可能性がある。そこで、本願は、安定した吐出量を実現する可塑化装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一形態によれば、材料を可塑化して溶融材料にする可塑化装置が提供される。この可塑化装置は、駆動モーターと、溝が形成された溝形成面を有し、前記駆動モーターによって回転するスクリューと、前記溝形成面に対向し、中心に連通孔が形成された対向面と、ヒーターとを有するバレルと、を備える。前記スクリューは、前記スクリューの内部に設けられた冷媒流路と、前記冷媒流路に連通し、前記スクリューの外部から冷媒を導入する入口部と、前記冷媒流路に連通し、前記スクリューの外部に前記冷媒を排出する出口部とを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図。
【図２】第１実施形態におけるフラットスクリューの溝形成面の構成を示す斜視図。
【図３】第１実施形態におけるバレルのスクリュー対向面の構成を示す上面図。
【図４】第２実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図。
【図５】第２実施形態における熱伝達抑制部の構成を示す説明図。
【図６】第３実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図。
【図７】第３実施形態における冷媒供給流路と冷媒排出流路との構成を示す説明図。
【図８】第３実施形態におけるスクリュー冷媒流路の構成を示す説明図。
【図９】第３実施形態におけるスクリューケースのIX−IX線断面図。
【図１０】第３実施形態におけるスクリュー冷却処理の内容を示すフローチャート。
【図１１】第４実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図。
【図１２】第４実施形態における軸内流路の詳細を示す説明図。
【図１３】第５実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図。
【図１４】第５実施形態における第１接点の構成を示す説明図。
【図１５】第５実施形態におけるフラットスクリューの構成を示す説明図。
【図１６】第５実施形態におけるスクリュー冷却処理の内容を示すフローチャート。
【図１７】第６実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図。
【図１８】第７実施形態における射出成形装置の概略構成を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における三次元造形装置１００の概略構成を示す説明図である。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が表されている。Ｘ方向およびＹ方向は、水平方向に沿った方向であり、Ｚ方向は、鉛直方向に沿った方向である。他の図においても、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が、適宜、表されている。図１におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向と、他の図におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向とは、同じ方向を表している。
【０００８】
本実施形態における三次元造形装置１００は、材料供給部２０と可塑化装置９０とノズル６０とを有する吐出ユニット２００と、造形テーブル３１０と、移動機構３２０と、制御部５００とを備えている。本実施形態における三次元造形装置１００では、制御部５００の制御下において、材料供給部２０から供給された材料が、可塑化装置９０によって可塑化される。可塑化装置９０によって可塑化された材料は、造形材料として可塑化装置９０から送出されて、ノズル６０に供給される。ノズル６０に供給された造形材料は、ノズル６０の先端部に設けられたノズル孔６１から造形テーブル３１０上に向かって吐出される。ノズル孔６１から吐出された造形材料が造形テーブル３１０上に積層されることによって、三次元造形物が造形される。尚、造形材料のことを溶融材料と呼ぶこともある。
【０００９】
移動機構３２０は、造形テーブル３１０と吐出ユニット２００との相対的な位置を変化させる。本実施形態では、移動機構３２０は、吐出ユニット２００に対して、造形テーブル３１０を移動させる。本実施形態における移動機構３２０は、３つのモーターの駆動力によって、造形テーブル３１０をＸ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向に移動させる３軸ポジショナーによって構成される。各モーターは、制御部５００の制御下にて駆動する。
【００１０】
移動機構３２０は、造形テーブル３１０を移動させる構成ではなく、造形テーブル３１０を移動させずに、吐出ユニット２００を移動させる構成であってもよい。また、移動機構３２０は、造形テーブル３１０と吐出ユニット２００との両方を移動させる構成であってもよい。造形テーブル３１０と吐出ユニット２００との相対的な位置を変化させられる構成であればよい。
【００１１】
制御部５００は、１以上のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースとを備えるコンピューターによって構成されている。本実施形態では、制御部５００は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、吐出ユニット２００と、移動機構３２０との動作を制御して、三次元造形物を造形する造形処理を実行する。動作には、造形テーブル３１０に対する吐出ユニット２００との三次元の相対的な位置の移動が含まれる。尚、制御部５００は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。
【００１２】
材料供給部２０には、ペレットや粉末等の状態の材料が収容されている。本実施形態における材料は、ペレット状のＡＢＳ樹脂である。本実施形態における材料供給部２０は、ホッパーによって構成されている。材料供給部２０に収容された材料は、材料供給部２０の下方に設けられた供給路２２を介して、可塑化装置９０に供給される。
【００１３】
可塑化装置９０は、駆動モーター３０と、フラットスクリュー４０と、バレル５０と、スクリューケース９１とを備えている。可塑化装置９０は、材料供給部２０から供給された固体状態の材料の少なくとも一部を溶融させてペースト状にした造形材料をノズル６０に供給する。尚、フラットスクリュー４０のことを単にスクリューと呼ぶこともある。スクリューケース９１のことを単にケースと呼ぶこともある。
【００１４】
スクリューケース９１は、フラットスクリュー４０とバレル５０とを収容する筐体である。駆動モーター３０は、スクリューケース９１の上面に固定されている。駆動モーター３０の回転軸３１は、フラットスクリュー４０に接続されている。駆動モーター３０は、制御部５００の制御下で駆動することによって、フラットスクリュー４０を回転させる。
【００１５】
フラットスクリュー４０は、中心軸ＡＸに沿った方向の高さが直径よりも小さい略円柱状のスクリューである。フラットスクリュー４０は、中心軸ＡＸがＺ方向に平行になるように、スクリューケース９１内に配置されている。
【００１６】
フラットスクリュー４０の上面４１には、駆動モーター３０の回転軸３１が接続される固定穴４９が設けられている。駆動モーター３０の回転軸３１が、固定穴４９に螺合することによって、フラットスクリュー４０と駆動モーター３０の回転軸３１とが接続されている。駆動モーター３０が発生させるトルクによって、フラットスクリュー４０は、スクリューケース９１内において、中心軸ＡＸを中心に回転する。
【００１７】
フラットスクリュー４０は、駆動モーター３０が接続された上面４１とは反対側の端部に、中心軸ＡＸに垂直な溝形成面４２を有している。溝形成面４２には、溝部４５が形成されている。尚、フラットスクリュー４０の溝部４５の詳細な形状は、図２を用いて後述する。
【００１８】
本実施形態におけるフラットスクリュー４０の外表面の一部は、熱伝達抑制部１４０によって覆われている。より具体的には、固定穴４９内におけるフラットスクリュー４０の面の全部と、スクリューケース９１に対向するフラットスクリュー４０の上面４１と側面４３とに、熱伝達抑制部１４０が設けられている。本実施形態では、固定穴４９内におけるフラットスクリュー４０の面に熱伝達抑制部１４０が設けられているため、駆動モーター３０の回転軸３１は、熱伝達抑制部１４０を介してフラットスクリュー４０に接続されている。
【００１９】
本実施形態における熱伝達抑制部１４０の熱伝導率は、フラットスクリュー４０の熱伝導率よりも低い。本実施形態では、フラットスクリュー４０は、ステンレス鋼によって形成されている。本実施形態では、フラットスクリュー４０の外表面に、ステンレス鋼に比べて熱伝導率の小さなジルコニア被膜が形成されることによって、熱伝達抑制部１４０が設けられている。ジルコニア被膜は、例えば、溶射によって形成される。尚、フラットスクリュー４０は、例えば、チタン合金等の他の金属材料や、樹脂材料や、セラミック材料によって形成されてもよい。熱伝達抑制部１４０は、フラットスクリュー４０に比べて熱伝導率が低い材料であれば、ジルコニア以外の材料によって形成されてもよい。フラットスクリュー４０の材料や、熱伝達抑制部１４０の材料は、材料供給部２０から供給された材料を可塑化可能な耐熱性や硬度を有する材料であればよい。
【００２０】
バレル５０は、スクリューケース９１内におけるフラットスクリュー４０よりも下方に固定されている。バレル５０は、フラットスクリュー４０の溝形成面４２に対向するスクリュー対向面５１を有している。スクリュー対向面５１には、フラットスクリュー４０の中心軸ＡＸ上の位置に、ノズル孔６１に連通する連通孔５５が設けられている。尚、スクリュー対向面５１のことを単に対向面と呼ぶこともある。
【００２１】
バレル５０には、フラットスクリュー４０の溝部４５に対向する位置にヒーター５８が内蔵されている。ヒーター５８の温度は、制御部５００によって制御される。本実施形態では、バレル５０内におけるヒーター５８よりも外周側に、冷却水流路５９が設けられている。バレル５０の温度が高くなりすぎないように、冷却水流路５９には、図示しないポンプによって、冷却水が循環する。尚、冷却水流路５９は、バレル５０内ではなくスクリューケース９１内におけるバレル５０の近傍に設けられてもよい。冷却水流路５９は、設けられなくてもよい。尚、バレル５０の詳細な形状は、図３を用いて後述する。
【００２２】
ノズル６０内には、ノズル流路６２と、ノズル孔６１とが設けられている。ノズル流路６２には、連通孔５５を介して、可塑化装置９０から造形材料が供給される。ノズル孔６１は、ノズル流路６２の大気に連通する側の端部に設けられた流路断面が縮小された部分である。ノズル流路６２に供給された造形材料は、ノズル孔６１から吐出される。
【００２３】
図２は、第１実施形態におけるフラットスクリュー４０の構成を示す斜視図である。図２に示したフラットスクリュー４０は、技術の理解を容易にするために、図１に示した上下の位置関係を逆向きとした状態で示されている。図２には、熱伝達抑制部１４０にハッチングを施している。本実施形態では、フラットスクリュー４０の溝形成面４２には、溝部４５が形成されている。溝部４５は、中央部４６と、渦状部４７と、材料導入部４８とを有している。中央部４６は、フラットスクリュー４０の中心軸ＡＸの周りに形成された円形の窪みである。中央部４６は、バレル５０に設けられた連通孔５５に対向する。
【００２４】
渦状部４７の一端は、中央部４６に接続されている。渦状部４７は、中央部４６を中心として、溝形成面４２の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。渦状部４７は、インボリュート曲線状や螺旋状に延びるように構成されてもよい。
【００２５】
渦状部４７の他端は、材料導入部４８に接続されている。材料導入部４８は、スクリュー対向面５１の外周縁に設けられた渦状部４７よりも幅広な溝状の部分である。材料導入部４８は、フラットスクリュー４０の側面４３まで連続している。供給路２２を介して供給された材料は、材料導入部４８から渦状部４７へと導入される。
【００２６】
図３は、第１実施形態におけるバレル５０のスクリュー対向面５１の構成を示す上面図である。上述したとおり、スクリュー対向面５１の中央には、ノズル６０に連通する連通孔５５が形成されている。スクリュー対向面５１における連通孔５５の周りには、複数の案内溝５４が形成されている。それぞれの案内溝５４は、一端が連通孔５５に接続され、連通孔５５からスクリュー対向面５１の外周に向かって渦状に延びている。それぞれの案内溝５４は、造形材料を連通孔５５に導く機能を有している。
【００２７】
上述した三次元造形装置１００の構成によれば、制御部５００によって三次元造形物を造形する造形処理が実行されると、材料供給部２０内の材料が、供給路２２を通って、回転しているフラットスクリュー４０の側面４３から材料導入部４８に供給される。材料導入部４８内に供給された材料は、フラットスクリュー４０の回転によって、渦状部４７内へと搬送される。渦状部４７内に搬送された材料は、フラットスクリュー４０の回転と、バレル５０に内蔵されたヒーター５８による加熱とによって、少なくとも一部が溶融されて、流動性を有するペースト状の造形材料となる。
【００２８】
フラットスクリュー４０の回転によって、渦状部４７内を中央部４６に向かって造形材料が搬送されて、中央部４６から連通孔５５に造形材料が送出される。連通孔５５を介してノズル６０に供給された造形材料は、ノズル孔６１から造形テーブル３１０上に向かって吐出される。尚、ノズル孔６１から吐出される造形材料の流量のことを吐出量と呼ぶ。
【００２９】
フラットスクリュー４０の温度が高くなりすぎると、渦状部４７内を造形材料が搬送されにくくなるため、連通孔５５から送出される造形材料の流量が減少し、ノズル孔６１からの造形材料の吐出量が低下する。したがって、フラットスクリュー４０の温度は、渦状部４７内における造形材料の溶融と搬送とに適した温度に維持されることが好ましい。
【００３０】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００によれば、駆動モーター３０の回転軸３１とフラットスクリュー４０とが、熱伝達抑制部１４０を介して接続されているので、回転軸３１を介して駆動モーター３０からフラットスクリュー４０に熱が伝わることを抑制できる。そのため、フラットスクリュー４０の温度が高くなりすぎることを抑制できる。したがって、連通孔５５から送出される造形材料の流量を安定させることができ、ノズル孔６１からの造形材料の吐出量を安定させることができる。尚、本実施形態では、固定穴４９内におけるフラットスクリュー４０の面の全部が熱伝達抑制部１４０によって覆われている。これに対して、回転軸３１を介して駆動モーター３０の熱がフラットスクリュー４０に伝わることを抑制できる範囲内において、フラットスクリュー４０の一部が、熱伝達抑制部１４０によって覆われずに、露出してもよい。
【００３１】
また、本実施形態では、熱伝達抑制部１４０の熱伝導率は、フラットスクリュー４０の熱伝導率よりも小さい。そのため、熱伝達抑制部１４０を介さずに、駆動モーター３０の回転軸３１とフラットスクリュー４０とが接続された形態に比べて、回転軸３１を介して駆動モーター３０からフラットスクリュー４０に熱が伝わることを確実に抑制できる。
【００３２】
また、本実施形態では、固定穴４９内におけるフラットスクリュー４０の面に熱伝達抑制部１４０が設けられている。そのため、簡易な構成によって、回転軸３１を介して駆動モーター３０からフラットスクリュー４０に熱が伝わることを抑制できる。
【００３３】
また、本実施形態では、スクリューケース９１に対向するフラットスクリュー４０の上面４１と側面４３とにも熱伝達抑制部１４０が設けられている。そのため、スクリューケース９１からフラットスクリュー４０に熱が伝わることを抑制できるので、フラットスクリュー４０の温度が高くなりすぎることをさらに抑制できる。
【００３４】
尚、本実施形態では、ペレット状のＡＢＳ樹脂の材料が用いられたが、吐出ユニット２００において用いられる材料としては、例えば、熱可塑性を有する材料や、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料として三次元造形物を造形する材料を採用することもできる。ここで、「主材料」とは、三次元造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、三次元造形物において５０重量％以上の含有率を占める材料を意味する。上述した造形材料には、それらの主材料を単体で溶融したものや、主材料とともに含有される一部の成分が溶融してペースト状にされたものが含まれる。
【００３５】
主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、可塑化装置９０において、当該材料が可塑化することによって造形材料が生成される。「可塑化」とは、熱可塑性を有する材料に熱が加わり溶融することを意味する。
【００３６】
熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記のいずれか一つまたは２以上を組み合わせた熱可塑性樹脂材料を用いることができる。
＜熱可塑性樹脂材料の例＞
ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリ乳酸樹脂（ＰＬＡ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチック、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチック。
【００３７】
熱可塑性を有する材料には、顔料や、金属、セラミック、その他に、ワックス、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤などの添加剤等が混入されていてもよい。熱可塑性を有する材料は、可塑化装置９０において、フラットスクリュー４０の回転とヒーター５８の加熱によって可塑化されて溶融した状態に転化される。また、そのように生成された造形材料は、ノズル孔６１から吐出された後、温度の低下によって硬化する。
【００３８】
熱可塑性を有する材料は、そのガラス転移点以上に加熱されて完全に溶融した状態でノズル孔６１から射出されることが望ましい。例えば、ＡＢＳ樹脂は、ガラス転移点が約１２０℃であり、ノズル孔６１からの射出時には約２００℃であることが望ましい。このように高温の状態で造形材料を射出するために、ノズル孔６１の周囲にはヒーターが設けられてもよい。
【００３９】
吐出ユニット２００では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、以下の金属材料が主材料として用いられてもよい。この場合には、下記の金属材料を粉末状にした粉末材料に、造形材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、可塑化装置９０に投入されることが望ましい。
＜金属材料の例＞
マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単一の金属、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金。
＜合金の例＞
マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金。
【００４０】
吐出ユニット２００においては、上記の金属材料の代わりに、セラミック材料を主材料として用いることが可能である。セラミック材料としては、例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物セラミックスや、窒化アルミニウムなどの非酸化物セラミックスなどが使用可能である。主材料として、上述したような金属材料やセラミック材料を用いる場合には、造形テーブル３１０に配置された造形材料は、例えばレーザーの照射や温風などによる焼結によって硬化されてもよい。
【００４１】
材料供給部２０に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料は、単一の金属の粉末や合金の粉末、セラミック材料の粉末を、複数種類、混合した混合材料であってもよい。また、金属材料やセラミック材料の粉末材料は、例えば、上で例示したような熱可塑性樹脂、あるいは、それ以外の熱可塑性樹脂によってコーティングされていてもよい。この場合には、可塑化装置９０において、その熱可塑性樹脂が溶融して流動性が発現されるものとしてもよい。
【００４２】
材料供給部２０に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のような溶剤を添加することもできる。溶剤は、下記の中から選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
＜溶剤の例＞
水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸ｉｓｏ−プロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉｓｏ−ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−ｎ−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ−ピコリン、２，６−ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）；ブチルカルビトールアセテート等のイオン液体等。
【００４３】
その他に、材料供給部２０に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のようなバインダーを添加することもできる。
＜バインダーの例＞
アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）或いはその他の熱可塑性樹脂。
【００４４】
Ｂ．第２実施形態：
図４は、第２実施形態の三次元造形装置１００ｂの概略構成を示す説明図である。第２実施形態の三次元造形装置１００ｂでは、吐出ユニット２００ｂが有する可塑化装置９０ｂにおいて、熱伝達抑制部１４０，１４０ｂの配置が第１実施形態と異なる。また、駆動モーター３０の回転軸３１が、接続部３２を介してフラットスクリュー４０ｂに接続されていることが第１実施形態と異なる。その他の構成は、特に説明しない限り、図１に示した第１実施形態と同じである。
【００４５】
接続部３２は、駆動モーター３０の回転軸３１の先端側に設けられた軸状部材である。駆動モーター３０の発生するトルクは、接続部３２を介して回転軸３１からフラットスクリュー４０ｂに伝達される。
【００４６】
本実施形態では、熱伝達抑制部１４０ｂは、固定穴４９内におけるフラットスクリュー４０ｂの面に設けられているのではなく、駆動モーター３０の回転軸３１と接続部３２との間に設けられている。つまり、駆動モーター３０の回転軸３１は、熱伝達抑制部１４０ｂと接続部３２とを介してフラットスクリュー４０ｂに接続されている。本実施形態の熱伝達抑制部１４０ｂの熱伝導率は、駆動モーター３０の回転軸３１の熱伝導率よりも小さい。尚、スクリューケース９１に対向するフラットスクリュー４０ｂの上面４１と側面４３とに、熱伝達抑制部１４０が設けられていることは、第１実施形態と同じである。
【００４７】
図５は、本実施形態における熱伝達抑制部１４０ｂの構成を示す説明図である。本実施形態では、本実施形態では、駆動モーター３０の回転軸３１と熱伝達抑制部１４０ｂと接続部３２とが機械的に接合されている。本実施形態では、熱伝達抑制部１４０ｂの上端と下端には、四角穴が形成されている。回転軸３１の下端と、接続部３２の上端とが、角柱状に形成されている。熱伝達抑制部１４０ｂの上端の四角穴には、回転軸３１の下端が嵌合し、ねじ３３によって熱伝達抑制部１４０ｂと回転軸３１とが固定される。熱伝達抑制部１４０ｂの下端の四角穴には、接続部３２の上端が嵌合し、ねじ３３によって熱伝達抑制部１４０ｂと接続部３２が固定される。つまり、本実施形態では、熱伝達抑制部１４０ｂは、軸継手としての機能を有している。尚、駆動モーター３０の回転軸３１と熱伝達抑制部１４０ｂと接続部３２とは、駆動モーター３０の発生するトルクをフラットスクリュー４０ｂに伝達可能に接合されていれば、上述した構成以外によって接合されてもよい。
【００４８】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００ｂによれば、駆動モーター３０の回転軸３１が、熱伝達抑制部１４０ｂと接続部３２とを介してフラットスクリュー４０ｂに接続されているので、駆動モーター３０の熱がフラットスクリュー４０ｂに伝わることを抑制できる。そのため、フラットスクリュー４０ｂの温度が高くなりすぎることを抑制できる。
【００４９】
Ｃ．第３実施形態：
図６は、第３実施形態の三次元造形装置１００ｃの概略構成を示す説明図である。第３実施形態の三次元造形装置１００ｃでは、吐出ユニット２００ｃが有する可塑化装置９０ｃにおいて、フラットスクリュー４０ｃにスクリュー冷媒流路１５０が設けられていることと、スクリューケース９１に冷媒供給流路１６０と冷媒排出流路１７０とが設けられていることが第１実施形態と異なる。また、三次元造形装置１００ｃが、スクリュー冷媒流路１５０に冷媒を供給する冷媒ポンプ１８０と、フラットスクリュー４０ｃの温度を取得する温度センサー１９０とを備えていることが第１実施形態と異なる。その他の構成は、特に説明しない限り、図１に示した第１実施形態と同じである。尚、スクリュー冷媒流路１５０のことを単に冷媒流路と呼ぶこともある。
【００５０】
スクリュー冷媒流路１５０には、フラットスクリュー４０ｃを冷却するための冷媒が流れる。冷媒としては、例えば、水や油、クーラントを用いることができる。冷媒供給流路１６０には、スクリュー冷媒流路１５０に供給される冷媒が流れる。冷媒排出流路１７０には、スクリュー冷媒流路１５０から排出された冷媒が流れる。
【００５１】
冷媒ポンプ１８０は、冷媒供給流路１６０と、冷媒排出流路１７０とに接続されている。冷媒ポンプ１８０は、制御部５００の制御下で駆動して、冷媒排出流路１７０から冷媒供給流路１６０に冷媒を循環させる。
【００５２】
温度センサー１９０は、フラットスクリュー４０ｃの温度を測定する。測定されたフラットスクリュー４０ｃの温度に関する情報は、制御部５００に送信される。温度センサー１９０としては、例えば、放射温度計等の非接触式のセンサーを用いることができる。尚、温度センサー１９０は、フラットスクリュー４０ｃに貼付された熱電対等の接触式のセンサーであってもよい。
【００５３】
図７は、本実施形態における冷媒供給流路１６０と冷媒排出流路１７０との構成を示す説明図である。冷媒供給流路１６０は、冷媒供給配管１６１と、ケース供給溝部１６２とを有する。ケース供給溝部１６２は、フラットスクリュー４０ｃの上面４１に対向する、スクリューケース９１の内壁面に設けられた円環状の溝である。ケース供給溝部１６２の円環の中心は、フラットスクリュー４０ｃの中心軸ＡＸ上に位置する。ケース供給溝部１６２は、冷媒供給配管１６１を介して、冷媒ポンプ１８０に連通している。
【００５４】
冷媒排出流路１７０は、冷媒排出配管１７１と、ケース排出溝部１７２とを有する。ケース排出溝部１７２は、フラットスクリュー４０ｃの上面４１に対向する、スクリューケース９１の内壁面に設けられた円環状の溝である。ケース排出溝部１７２は、ケース供給溝部１６２の内側に、ケース供給溝部１６２に対して平行に配置されている。ケース排出溝部１７２の円環の中心は、フラットスクリュー４０ｃの中心軸ＡＸ上に位置する。ケース排出溝部１７２は、冷媒排出配管１７１を介して、冷媒ポンプ１８０に連通している。尚、ケース供給溝部１６２とケース排出溝部１７２とのことを、特に区別せずに、ケース溝部と呼ぶこともある。
【００５５】
スクリューケース９１には、ケース供給溝部１６２の外周縁に沿って、外周供給シール部材１６３が設けられており、ケース供給溝部１６２の内周縁に沿って、内周供給シール部材１６４が設けられている。スクリューケース９１には、ケース排出溝部１７２の外周縁に沿って、外周排出シール部材１７３が設けられており、ケース排出溝部１７２の内周縁に沿って、内周排出シール部材１７４が設けられている。外周供給シール部材１６３と、内周供給シール部材１６４と、外周排出シール部材１７３と、内周排出シール部材１７４とには、高い弾性を有する金属材料を用いることができる。
【００５６】
図８は、本実施形態におけるスクリュー冷媒流路１５０の構成を示す説明図である。図８には、技術の理解を容易にするために、上下に分割された状態のフラットスクリュー４０ｃを表している。スクリュー冷媒流路１５０は、スクリュー供給溝部１５１と、入口部１５２と、上流流通部１５３と、下流流通部１５４と、出口部１５５と、スクリュー排出溝部１５６とを有しており、この順に冷媒が流れる。尚、スクリュー供給溝部１５１とスクリュー排出溝部１５６とのことを、特に区別せずに、スクリュー溝部と呼ぶこともある。
【００５７】
スクリュー供給溝部１５１は、フラットスクリュー４０ｃの上面４１に設けられた円環状の溝である。スクリュー供給溝部１５１は、ケース供給溝部１６２に対向する位置に設けられている。スクリュー供給溝部１５１の円環の中心は、上述したケース供給溝部１６２の円環の中心と同じ、フラットスクリュー４０ｃの中心軸ＡＸ上に位置する。スクリュー供給溝部１５１の直径と、ケース供給溝部１６２の直径とは同じである。したがって、フラットスクリュー４０ｃの回転中であっても、スクリュー供給溝部１５１とケース供給溝部１６２とが対向した状態が確保される。スクリュー供給溝部１５１には、冷媒供給流路１６０から冷媒が供給される。スクリュー供給溝部１５１には、上流流通部１５３に連通する入口部１５２が設けられている。冷媒供給流路１６０から供給された冷媒は、入口部１５２を介して上流流通部１５３に導入される。
【００５８】
スクリュー排出溝部１５６は、フラットスクリュー４０ｃの上面４１に設けられた円環状の溝である。スクリュー排出溝部１５６は、ケース排出溝部１７２に対向する位置に設けられている。スクリュー排出溝部１５６の円環の中心は、上述したケース排出溝部１７２の円環の中心と同じ、フラットスクリュー４０ｃの中心軸ＡＸ上に位置する。スクリュー排出溝部１５６直径と、ケース排出溝部１７２の直径とは同じである。したがって、フラットスクリュー４０ｃの回転中であっても、スクリュー排出溝部１５６とケース排出溝部１７２とが対向した状態が確保される。スクリュー排出溝部１５６には、下流流通部１５４に連通する出口部１５５が設けられている。下流流通部１５４を流れた冷媒は、出口部１５５を介して冷媒排出流路１７０に排出される。本実施形態では、スクリュー排出溝部１５６は、スクリュー供給溝部１５１の内側に、スクリュー供給溝部１５１に対して平行に配置されている。つまり、出口部１５５は、入口部１５２よりもフラットスクリュー４０ｃの中心側に設けられている。
【００５９】
上流流通部１５３は、フラットスクリュー４０ｃの内部に設けられている。本実施形態では、上流流通部１５３は、フラットスクリュー４０ｃの外周側から中心側に向かって、フラットスクリュー４０ｃの周方向に沿って渦状に延びている。上流流通部１５３の一方の端部は、入口部１５２に連通している。上流流通部１５３の他方の端部は、下流流通部１５４に連通している。
【００６０】
下流流通部１５４は、フラットスクリュー４０ｃの内部に設けられている。本実施形態では、下流流通部１５４は、上流流通部１５３の内周に沿って配置されている。下流流通部１５４は、フラットスクリュー４０ｃの中心側から外周側に向かって、フラットスクリュー４０ｃの周方向に沿って渦状に延びている。下流流通部１５４の一方の端部は、上流流通部１５３に連通している。下流流通部１５４の他方の端部は、出口部１５５に連通している。
【００６１】
本実施形態におけるフラットスクリュー４０ｃは、例えば、図８に表したように上下に分割された状態で、切削加工等によって溝や穴が形成された後、上下に分割された部分同士を接合されることによって形成される。本実施形態におけるフラットスクリュー４０ｃは、三次元造形装置を用いた積層によって形成されてもよい。
【００６２】
図９は、図７におけるスクリューケース９１のIX−IX線断面図である。図９には、冷媒供給流路１６０とスクリュー冷媒流路１５０との接続部分、および、冷媒排出流路１７０とスクリュー冷媒流路１５０との接続部分を表している。
【００６３】
スクリューケース９１には、上述したとおり、外周供給シール部材１６３と、内周供給シール部材１６４と、外周排出シール部材１７３と、内周排出シール部材１７４とが設けられている。外周供給シール部材１６３の一方の端部と、内周供給シール部材１６４の一方の端部とは、スクリューケース９１に固定されている。外周供給シール部材１６３の他方の端部と、内周供給シール部材１６４の他方の端部とが、フラットスクリュー４０ｃの上面４１に接触している。ケース供給溝部１６２とスクリュー供給溝部１５１との間が、外周供給シール部材１６３と内周供給シール部材１６４とによって、シールされている。ケース供給溝部１６２とスクリュー供給溝部１５１と外周供給シール部材１６３と内周供給シール部材１６４とによって囲まれた空間を通って、ケース供給溝部１６２からスクリュー供給溝部１５１に冷媒が供給される。
【００６４】
外周排出シール部材１７３の一方の端部と、内周排出シール部材１７４の一方の端部とは、スクリューケース９１に固定されている。外周排出シール部材１７３の他方の端部と、内周排出シール部材１７４の他方の端部とが、フラットスクリュー４０ｃの上面４１に接触している。ケース排出溝部１７２とスクリュー排出溝部１５６との間が、外周排出シール部材１７３と内周排出シール部材１７４とによって、シールされている。ケース排出溝部１７２とスクリュー排出溝部１５６と外周排出シール部材１７３と内周排出シール部材１７４とによって囲まれた空間を通って、スクリュー排出溝部１５６からケース排出溝部１７２に冷媒が排出される。
【００６５】
図１０は、本実施形態におけるスクリュー冷却処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、駆動モーター３０がフラットスクリュー４０ｃを回転させている期間内において、制御部５００によって繰り返し実行される。まず、ステップＳ１１０にて、制御部５００は、温度センサー１９０を用いて、フラットスクリュー４０ｃの温度を取得する。次に、ステップＳ１２０にて、制御部５００は、フラットスクリュー４０ｃの温度が予め定められた温度以上であるか否かを判定する。予め定められた温度は、フラットスクリュー４０ｃの冷却を開始しなければ、渦状部４７内における造形材料の溶融と搬送とのバランスが崩れるおそれのある温度に設定される。渦状部４７内における造形材料の溶融と搬送とのバランスが崩れるおそれのある温度は、予め行われる試験やシミュレーションによって設定できる。
【００６６】
フラットスクリュー４０ｃの温度が予め定められた温度以上であると判断された場合、ステップＳ１３０にて、制御部５００は、冷媒ポンプ１８０を駆動することによって、スクリュー冷媒流路１５０に冷媒を供給する。その後、制御部５００は、この処理を終了する。一方、フラットスクリュー４０ｃの温度が予め定められた温度以上であると判断されなかった場合、制御部５００は、ステップＳ１３０の処理を行わずに、この処理を終了する。制御部５００は、駆動モーター３０がフラットスクリュー４０ｃを回転させている期間内において、この処理を繰り返す。
【００６７】
尚、制御部５００は、上述した本実施形態におけるスクリュー冷却処理によらずに、駆動モーター３０がフラットスクリュー４０ｃを回転させている期間内において、常時、冷媒ポンプ１８０を駆動させてもよい。この場合、三次元造形装置１００ｃは、温度センサー１９０を備えていなくてもよい。
【００６８】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００ｃによれば、フラットスクリュー４０ｃ内に設けられたスクリュー冷媒流路１５０に冷媒を流通させることによってフラットスクリュー４０ｃを冷却することができる。そのため、フラットスクリュー４０ｃの温度が高くなりすぎることを抑制できる。
【００６９】
また、本実施形態では、出口部１５５が入口部１５２よりもフラットスクリュー４０ｃの中心側に設けられているので、フラットスクリュー４０ｃ内を外周側から中心側に向かって冷媒が流通する。そのため、フラットスクリュー４０ｃの中心側よりも外周側の方がより冷却される。フラットスクリュー４０ｃの中心側は、材料の可塑化のために、比較的高温であることが好ましい。フラットスクリュー４０ｃの外周側は、材料の搬送のために、比較的低温であることが好ましい。したがって、フラットスクリュー４０ｃの中心側よりも外周側の方がより冷却されることによって、材料の可塑化と搬送との適切なバランスを確保することができる。
【００７０】
また、本実施形態では、フラットスクリュー４０ｃの回転中であっても、ケース供給溝部１６２とスクリュー供給溝部１５１と外周供給シール部材１６３と内周供給シール部材１６４とによって囲まれた空間を介して、ケース供給溝部１６２からスクリュー供給溝部１５１に対して、冷媒を連続的に供給できる。また、フラットスクリュー４０ｃの回転中であっても、ケース排出溝部１７２とスクリュー排出溝部１５６と外周排出シール部材１７３と内周排出シール部材１７４とによって囲まれた空間を介して、スクリュー排出溝部１５６からケース排出溝部１７２に対して、冷媒を連続的に排出できる。
【００７１】
また、本実施形態では、スクリューケース９１に対向するフラットスクリュー４０ｃの上面４１と側面４３とにも、熱伝達抑制部１４０が設けられている。そのため、スクリューケース９１を介してフラットスクリュー４０ｃに熱が伝わることを抑制できるので、フラットスクリュー４０ｃの温度が高くなりすぎることをさらに抑制できる。
【００７２】
また、本実施形態では、フラットスクリュー４０ｃの温度が予め定められた温度以上となった場合に、制御部５００が冷媒ポンプ１８０を駆動して、フラットスクリュー４０ｃに冷媒を供給する。そのため、フラットスクリュー４０ｃの温度が高くなりすぎることを抑制しつつ、フラットスクリュー４０ｃが回転する期間中、常に冷媒ポンプ１８０を駆動する場合に比べて、消費電力を低減できる。
【００７３】
Ｄ．第４実施形態：
図１１は、第４実施形態の三次元造形装置１００ｄの概略構成を示す説明図である。第４実施形態の三次元造形装置１００ｄでは、吐出ユニット２００ｄが有する可塑化装置９０ｄにおいて、駆動モーター３０の回転軸３１内に、スクリュー冷媒流路１５０に連通する軸内流路１５７が設けられていることが第３実施形態と異なる。その他の構成は、特に説明しない限り、図６に示した第３実施形態と同じである。
【００７４】
図１２は、軸内流路１５７の詳細を示す説明図である。本実施形態では、軸内流路１５７は、二重管構造を有している。本実施形態では、軸内流路１５７の外側の層は、スクリュー冷媒流路１５０に冷媒を供給するための軸内供給流路１５８である。軸内供給流路１５８は、駆動モーター３０の回転軸３１の側面に開口する一端にてケース供給溝部１６２に連通し、他端にてフラットスクリュー４０ｄ内に設けられたスクリュー冷媒流路１５０の上流流通部１５３に連通する。
【００７５】
本実施形態では、上流流通部１５３は、フラットスクリュー４０ｄの内部を、外周に向かって延びている。上流流通部１５３の一方の端部は、上述したとおり、軸内供給流路１５８に連通しており、上流流通部１５３の他方の端部は、下流流通部１５４に連通している。下流流通部１５４は、フラットスクリュー４０ｄの内部を、外周側から中心側に向かって、迷路状に延びている。下流流通部１５４の一方の端部は、上述したとおり、上流流通部１５３に連通しており、下流流通部１５４の他方の端部は、後述する軸内排出流路１５９に連通している。
【００７６】
軸内流路１５７の内側の層は、スクリュー冷媒流路１５０から冷媒を排出するための軸内排出流路１５９である。軸内排出流路１５９は、回転軸３１の側面に開口する一端にて、ケース排出溝部１７２に連通し、他端にてフラットスクリュー４０ｄ内に設けられたスクリュー冷媒流路１５０の下流流通部１５４に連通する。尚、軸内流路１５７の内側の層が軸内供給流路１５８であってもよい。この場合、軸内流路１５７の外側の層が軸内排出流路１５９であればよい。
【００７７】
本実施形態では、ケース供給溝部１６２とケース排出溝部１７２とが、駆動モーター３０の回転軸３１に対向するスクリューケース９１の面に設けられている。ケース供給溝部１６２とケース排出溝部１７２とは、回転軸３１の外周に沿って環状に設けられている。ケース供給溝部１６２は、ケース排出溝部１７２よりも下方に設けられている。ケース供給溝部１６２と回転軸３１との間は、供給シール部材１６５によってシールされている。ケース排出溝部１７２と回転軸３１との間は、排出シール部材１７５によってシールされている。
【００７８】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００ｄによれば、フラットスクリュー４０ｄの回転中であっても、軸内流路１５７を介して、フラットスクリュー４０ｄ内に設けられたスクリュー冷媒流路１５０に冷媒を連続的に供給できるので、フラットスクリュー４０ｄを冷却することができる。そのため、フラットスクリュー４０ｄの温度が高くなりすぎることを抑制できる。
【００７９】
また、本実施形態では、軸内流路１５７が冷却されることによって、駆動モーター３０の回転軸３１を介してフラットスクリュー４０ｄに熱が伝わることを抑制できる。したがって、軸内流路１５７のことを熱伝達抑制部と捉えることもできる。
【００８０】
Ｅ．第５実施形態：
図１３は、第５実施形態の三次元造形装置１００ｅの概略構成を示す説明図である。第５実施形態の三次元造形装置１００ｅでは、吐出ユニット２００ｅが有する可塑化装置９０ｅにおいて、フラットスクリュー４０ｅ内にペルチェ素子６００が設けられていることが第１実施形態と異なる。また、三次元造形装置１００ｅが、ペルチェ素子６００に電流を供給する電源６１０と、フラットスクリュー４０ｅの温度を取得する温度センサー１９０とを備えていることが第１実施形態と異なる。その他の構成は、特に説明しない限り、図１に示した第１実施形態と同じである。
【００８１】
ペルチェ素子６００は、ペルチェ効果によって一方の面から吸熱し、他方の面から放熱する熱電素子である。本実施形態では、ペルチェ素子６００は、フラットスクリュー４０ｅの内部に設けられている。
【００８２】
電源６１０は、制御部５００の制御下で、ペルチェ素子６００に電流を供給する。ペルチェ素子６００の下面が吸熱し、ペルチェ素子６００の上面が放熱するように、ペルチェ素子６００に対して電源６１０から電流が供給される。フラットスクリュー４０ｅの上面４１に対向するスクリューケース９１の内壁面には、第１接点６１２が設けられている。第１接点６１２と電源６１０との間は、第１配線６１１によって電気的に接続されている。フラットスクリュー４０ｅの上面４１には、第１接点６１２に接触するように、第２接点６２２が設けられている。第２接点６２２とペルチェ素子６００との間は、第２配線６２１によって電気的に接続されている。
【００８３】
本実施形態では、フラットスクリュー４０ｅの上面４１には熱伝達抑制部１４０が設けられておらず、フラットスクリュー４０ｅの側面４３と、固定穴４９内の面とに熱伝達抑制部１４０が設けられている。
【００８４】
本実施形態では、スクリューケース９１には、フラットスクリュー４０ｅの上方に、大気に連通する開口部９５が設けられている。尚、スクリューケース９１には、開口部９５が設けられていなくてもよい。
【００８５】
温度センサー１９０は、フラットスクリュー４０ｅの温度を測定する。測定されたフラットスクリュー４０ｅの温度に関する情報は、制御部５００に送信される。温度センサー１９０としては、例えば、放射温度計等の非接触式のセンサーを用いることができる。尚、温度センサー１９０は、フラットスクリュー４０ｅに貼付された熱電対等の接触式のセンサーであってもよい。
【００８６】
図１４は、本実施形態における第１接点６１２の構成を示す説明図である。本実施形態では、第１接点６１２は、円環状に形成されている。第１接点６１２の中心は、フラットスクリュー４０ｅの中心軸ＡＸ上に位置する。第１接点６１２の半径は、第２接点６２２からフラットスクリュー４０ｅの中心軸ＡＸまでの距離と同じである。そのため、フラットスクリュー４０ｅの回転中であっても、第１接点６１２と第２接点６２２とが接触した状態が確保されて、ペルチェ素子６００に対して電源６１０から電流が供給される。尚、第１接点６１２は、円環状に形成されていなくてもよい。第１接点６１２と第２接点６２２との少なくともいずれか一方が円環状に形成されており、第１接点６１２と第２接点６２２とが接触することによって、第１接点６１２と第２接点６２２との間が電気的に接続されていればよい。
【００８７】
図１５は、本実施形態におけるフラットスクリュー４０ｅの構成を示す説明図である。本実施形態では、上述したとおり、フラットスクリュー４０ｅの内部に、ペルチェ素子６００が設けられている。ペルチェ素子６００は、フラットスクリュー４０ｅの周方向に沿って円環状に配置されている。本実施形態では、フラットスクリュー４０ｅは、上面４１を有する上側部分１４５と、溝形成面４２を有する下側部分１４６とによって構成されている。ペルチェ素子６００は、上側部分１４５と下側部分１４６との間に設けられている。上側部分１４５と下側部分１４６とは、ペルチェ素子６００を挟んで接合される。尚、ペルチェ素子６００は、フラットスクリュー４０ｅの周方向に沿って円環状に配置されていなくてもよい。ペルチェ素子６００は、フラットスクリュー４０ｅを冷却できるように配置されていればよい。
【００８８】
本実施形態では、フラットスクリュー４０ｅの上側部分１４５の熱伝導率は、フラットスクリュー４０ｅの下側部分１４６の熱伝導率よりも大きい。上側部分１４５には、例えば、ベリリウム銅や銅合金等を用いることができる。下側部分１４６には、例えば、ステンレス鋼やチタン合金等を用いることができる。尚、フラットスクリュー４０ｅは、ペルチェ素子６００の上面に上側部分１４５が設けられた形態ではなく、ペルチェ素子６００の上面に放熱板が設けられた形態であってもよい。
【００８９】
図１６は、本実施形態におけるスクリュー冷却処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、駆動モーター３０がフラットスクリュー４０ｅを回転させている期間内において、制御部５００によって繰り返し実行される。まず、ステップＳ２１０にて、制御部５００は、温度センサー１９０を用いて、フラットスクリュー４０ｅの温度を取得する。次に、ステップＳ２２０にて、制御部５００は、フラットスクリュー４０ｅの温度が予め定められた温度以上であるか否かを判定する。予め定められた温度は、フラットスクリュー４０ｅの冷却を開始しなければ、渦状部４７内における造形材料の溶融と搬送とのバランスが崩れるおそれのある温度に設定される。渦状部４７内における造形材料の溶融と搬送とのバランスが崩れるおそれのある温度は、予め行われる試験やシミュレーションによって設定できる。
【００９０】
フラットスクリュー４０ｅの温度が予め定められた温度以上であると判断された場合、ステップＳ２３０にて、制御部５００は、電源６１０からペルチェ素子６００に電流を供給する。その後、制御部５００は、この処理を終了する。一方、フラットスクリュー４０ｅの温度が予め定められた温度以上であると判断されなかった場合、制御部５００は、ステップＳ２３０の処理を行わずに、この処理を終了する。制御部５００は、駆動モーター３０がフラットスクリュー４０ｅを回転させている期間内において、この処理を繰り返す。
【００９１】
尚、制御部５００は、上述した本実施形態におけるスクリュー冷却処理によらずに、駆動モーター３０がフラットスクリュー４０ｅを回転させている期間内において、常時、電源６１０からペルチェ素子６００に電流を供給してもよい。この場合、三次元造形装置１００ｅは、温度センサー１９０を備えていなくてもよい。
【００９２】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００ｅによれば、ペルチェ素子６００によってフラットスクリュー４０ｅを冷却することができるので、フラットスクリュー４０ｅの温度が高くなりすぎることを抑制できる。
【００９３】
また、本実施形態では、スクリューケース９１に設けられた円環状に形成された第１接点６１２と、フラットスクリュー４０ｅに設けられた第２接点６２２とが接触することによって、ペルチェ素子６００と電源６１０との間が電気的に接続されている。そのため、フラットスクリュー４０ｅの回転中であっても、フラットスクリュー４０ｅの外部に設けられた電源６１０からペルチェ素子６００に対して電流を供給できる。
【００９４】
また、本実施形態では、スクリューケース９１に開口部９５が設けられているので、ペルチェ素子６００から放出された熱が、スクリューケース９１の外に排出されやすい。そのため、ペルチェ素子６００によるフラットスクリュー４０ｅの冷却効果を向上させることができる。
【００９５】
また、本実施形態では、ペルチェ素子６００がフラットスクリュー４０ｅの中心軸ＡＸの周りに円環状に配置されているので、フラットスクリュー４０ｅの中心部よりもフラットスクリュー４０ｅの外周側を効果的に冷却できる。そのため、材料の可塑化と搬送との適切なバランスが保つことができる。
【００９６】
また、本実施形態では、フラットスクリュー４０ｅの側面４３に熱伝達抑制部１４０が設けられている。そのため、スクリューケース９１からフラットスクリュー４０ｅに熱が伝わることを抑制できるので、フラットスクリュー４０ｅの温度が高くなりすぎることをさらに抑制できる。
【００９７】
Ｆ．第６実施形態：
図１７は、第６実施形態の三次元造形装置１００ｆの概略構成を示す説明図である。第６実施形態の三次元造形装置１００ｆでは、吐出ユニット２００ｆが有する可塑化装置９０ｆにおいて、駆動モーター３０の回転軸３１の側面に第２接点６２２が設けられており、第２配線６２１が駆動モーター３０の回転軸３１内を通ってペルチェ素子６００に接続されていることが第５実施形態と異なる。その他の構成は、特に説明しない限り、図１３に示した第５実施形態と同じである。
【００９８】
本実施形態では、第１接点６１２は、駆動モーター３０の回転軸３１に対向するスクリューケース９１の面に設けられている。第１接点６１２は、駆動モーター３０の回転軸３１の外周に沿って円環状に形成されている。そのため、フラットスクリュー４０ｆの回転中であっても、第１接点６１２と第２接点６２２とが接触した状態が確保されて、ペルチェ素子６００に対して電源６１０から電流が供給される。
【００９９】
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００ｆによれば、ペルチェ素子６００に電流を供給するための第２配線６２１が駆動モーター３０の回転軸３１内を通っており、スクリューケース９１に設けられた円環状に形成された第１接点６１２と、駆動モーター３０の回転軸３１の側面に設けられた第２接点６２２とが接触することによって、ペルチェ素子６００と電源６１０との間が電気的に接続されている。そのため、フラットスクリュー４０ｆの回転中であっても、フラットスクリュー４０ｆの外部からペルチェ素子６００に対して電流を供給できる。
【０１００】
Ｇ．第７実施形態：
図１８は、第７実施形態における射出成形装置７００の概略構成を示す説明図である。本実施形態の射出成形装置７００は、第１実施形態で説明した可塑化装置９０と、射出制御機構７１０と、ノズル６０と、金型部７３０と、型締装置７４０とを備えている。
【０１０１】
可塑化装置９０は、第１実施形態で説明したように、フラットスクリュー４０と、バレル５０とを有している。フラットスクリュー４０およびバレル５０の具体的な構成は、第１実施形態のフラットスクリュー４０およびバレル５０の構成と同じである。可塑化装置９０は、図示しない制御部の制御下で、フラットスクリュー４０の溝部４５に供給された粒状の材料の少なくとも一部を可塑化し、流動性を有するペースト状の溶融材料を生成して連通孔５５から射出制御機構７１０へと導く。
【０１０２】
射出制御機構７１０は、射出シリンダー７１１と、プランジャー７１２と、プランジャー駆動部７１３とを備えている。射出制御機構７１０は、射出シリンダー７１１内の可塑化された材料を後述するキャビティＣｖに射出する機能を有している。射出制御機構７１０は、図示しない制御部の制御下で、ノズル６０からの材料の射出量を制御する。射出シリンダー７１１は、バレル５０の連通孔５５に接続された略円筒状の部材であり、内部にプランジャー７１２を備えている。プランジャー７１２は、射出シリンダー７１１の内部を摺動し、射出シリンダー７１１内の材料を、可塑化装置９０に接続されたノズル６０側に圧送する。プランジャー７１２は、モーターによって構成されるプランジャー駆動部７１３により駆動される。
【０１０３】
金型部７３０は、可動金型７３１と固定金型７３２とを備えている。可動金型７３１と固定金型７３２とは、互いに対面して設けられ、その間に成形品の形状に相当する空間であるキャビティＣｖを有している。キャビティＣｖには、可塑化された材料が射出制御機構７１０によって圧送されてノズル６０を介して射出される。
【０１０４】
型締装置７４０は、金型駆動部７４１を備えており、可動金型７３１と固定金型７３２との開閉を行う機能を有している。型締装置７４０は、図示しない制御部の制御下で、金型駆動部７４１を駆動して可動金型７３１を移動させて金型部７３０を開閉させる。
【０１０５】
第７実施形態の射出成形装置７００は、上述したとおり、第１実施形態と同じ構成の可塑化装置９０を備えている。したがって、フラットスクリュー４０の温度が高くなりすぎることを抑制できる。したがって、連通孔５５から送出される溶融材料の流量を安定させることができ、ノズル６０からの溶融材料の射出量を安定させることができる。尚、射出成形装置７００には、第１実施形態の可塑化装置９０の代わりに、第１実施形態以外の上記の各実施形態で説明した可塑化装置９０ｂ，９０ｃ，９０ｄ，９０ｅ，９０ｆが搭載されてもよい。
【０１０６】
Ｈ．他の実施形態：
（Ｈ１）上述した第３実施形態から第６実施形態の三次元造形装置１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆにおいて、固定穴４９内におけるフラットスクリュー４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆの面には、熱伝達抑制部１４０が設けられている。これに対して、固定穴４９内におけるフラットスクリュー４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆの面には、熱伝達抑制部１４０が設けられていなくてもよい。また、固定穴４９内におけるフラットスクリュー４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆの面に、熱伝達抑制部１４０が設けられておらず、フラットスクリュー４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆは、第２実施形態において説明した熱伝達抑制部１４０ｂと接続部３２とを介して回転軸３１に接続されてもよい。
【０１０７】
（Ｈ２）上述した第１実施形態から第４実施形態の三次元造形装置１００，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄにおいて、スクリューケース９１に対向するフラットスクリュー４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの上面４１には、熱伝達抑制部１４０が設けられている。これに対して、フラットスクリュー４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの上面４１には熱伝達抑制部１４０が設けられていなくてもよい。
【０１０８】
（Ｈ３）上述した各実施形態の三次元造形装置１００，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆにおいて、スクリューケース９１に対向するフラットスクリュー４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆの側面４３には、熱伝達抑制部１４０が設けられている。これに対して、フラットスクリュー４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆの側面４３には熱伝達抑制部１４０が設けられていなくてもよい。
【０１０９】
Ｉ．他の形態：
本開示は、上述した実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本開示の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【０１１０】
（１）本開示の第１の形態によれば、材料を可塑化して溶融材料にする可塑化装置が提供される。この可塑化装置は、駆動モーターと、溝が形成された溝形成面を有し、前記駆動モーターによって回転するスクリューと、前記溝形成面に対向し、中心に連通孔が形成された対向面と、ヒーターとを有するバレルと、を備える。前記スクリューは、前記スクリューの内部に設けられた冷媒流路と、前記冷媒流路に連通し、前記スクリューの外部から冷媒を導入する入口部と、前記冷媒流路に連通し、前記スクリューの外部に前記冷媒を排出する出口部とを有する。
この形態の可塑化装置によれば、スクリューの内部に設けられた冷媒流路に冷媒を流通させることによってスクリューを冷却することができるので、スクリューの温度が高くなりすぎることを抑制できる。そのため、連通孔からの溶融材料の吐出量を安定させることができる。
【０１１１】
（２）上記形態の可塑化装置において、前記出口部は、前記入口部よりも前記スクリューの中心側に設けられてもよい。
この形態の可塑化装置によれば、スクリューの内部を外周側から中心側に向かって冷媒が流通することによって、スクリューの外周側を効果的に冷却できる。そのため、材料の可塑化と搬送との適切なバランスが保つことができる。
【０１１２】
（３）上記形態の可塑化装置において、前記スクリューを収容するケースを備え、前記ケースには、前記スクリューに対向する面に、環状のケース側溝部が設けられており、前記スクリューには、前記ケース側溝部に対向する面に、前記冷媒流路に連通する環状のスクリュー側溝部が設けられており、前記スクリューと前記ケースとの少なくともいずれか一方には、前記スクリュー側溝部の外周縁と前記ケース側溝部の外周縁との間をシールする外周シール部材と、前記スクリュー側溝部の内周縁と前記ケース側溝部の内周縁との間をシールする内周シール部材とが設けられており、前記スクリュー側溝部と前記ケース側溝部と前記外周シール部材と前記内周シール部材とによって囲まれた空間を前記冷媒が流通してもよい。
この形態の可塑化装置によれば、スクリューの回転中であっても、スクリュー側溝部とケース側溝部と外周シール部と内周シール部とによって囲まれた空間を介して、冷媒流路に冷媒を連続的に供給できる。
【０１１３】
（４）上記形態の可塑化装置において、前記スクリューにおける前記ケースに対向する面に、熱伝達抑制部が設けられてもよい。
この形態の可塑化装置によれば、ケースからスクリューに熱が伝わることを抑制できるため、スクリューの温度が高くなりすぎることをさらに抑制できる。
【０１１４】
（５）上記形態の可塑化装置において、前記駆動モーターは、回転軸を有し、前記回転軸の内部には、前記冷媒流路に連通する軸内流路が形成されてもよい。
この形態の可塑化装置によれば、スクリューの回転中であっても、軸内流路を介して、冷媒流路に冷媒を連続的に供給できる。
【０１１５】
（６）本開示の第２の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、造形材料を吐出するノズルと、材料を可塑化して前記造形材料にして、前記ノズルに前記造形材料を供給する可塑化装置と、前記可塑化装置を制御する制御部と、を備える。前記可塑化装置は、駆動モーターと、溝が形成された溝形成面を有し、前記駆動モーターによって回転するスクリューと、前記溝形成面に対向し、中心に連通孔が形成された対向面と、ヒーターとを有するバレルと、を備える。前記スクリューは、前記スクリューの内部に設けられた冷媒流路と、前記冷媒流路に連通し、前記スクリューの外部から冷媒を導入する入口部と、前記冷媒流路に連通し、前記スクリューの外部に前記冷媒を排出する出口部とを有する。
この形態の三次元造形装置によれば、スクリューの内部に設けられた冷媒流路に冷媒を流通させることによってスクリューを冷却することができるので、スクリューの温度が高くなりすぎることを抑制できる。そのため、ノズルからの造形材料の吐出量を安定させることができる。
【０１１６】
（７）上記形態の三次元造形装置において、前記冷媒流路に前記冷媒を供給する冷媒ポンプと、前記スクリューの温度を取得する温度センサーと、を備え、前記制御部は、前記温度センサーによって取得した前記温度が予め定められた温度以上である場合には、前記冷媒ポンプを駆動することによって前記冷媒流路に前記冷媒を供給してもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、スクリューの温度が予め定められた温度以上である場合に、制御部が冷媒ポンプを駆動するため、スクリューの温度が高くなりすぎることを抑制しつつ、スクリューが回転する期間中、常に冷媒ポンプを駆動する場合に比べて、消費電力を低減できる。
【０１１７】
（８）本開示の第３の形態によれば、射出成形装置が提供される。この射出成形装置は、溶融材料を吐出するノズルと、材料を可塑化して前記溶融材料にして、前記ノズルに前記溶融材料を供給する可塑化装置と、前記可塑化装置を制御する制御部と、を備える。前記可塑化装置は、駆動モーターと、溝が形成された溝形成面を有し、前記駆動モーターによって回転するスクリューと、前記溝形成面に対向し、中心に連通孔が形成された対向面と、ヒーターとを有するバレルと、を備える。前記スクリューは、前記スクリューの内部に設けられた冷媒流路と、前記冷媒流路に連通し、前記スクリューの外部から冷媒を導入する入口部と、前記冷媒流路に連通し、前記スクリューの外部に前記冷媒を排出する出口部とを有する。
この形態の射出成形装置によれば、スクリューの内部に設けられた冷媒流路に冷媒を流通させることによってスクリューを冷却することができるので、スクリューの温度が高くなりすぎることを抑制できる。そのため、ノズルからの溶融材料の吐出量を安定させることができる。
【０１１８】
本開示は、可塑化装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、三次元造形装置や射出成形装置、吐出ユニット等の形態で実現することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
２０…材料供給部、２２…供給路、３０…駆動モーター、３１…回転軸、３２…接続部、３３…ねじ、４０，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ…フラットスクリュー、４１…上面、４２…溝形成面、４３…側面、４５…溝部、４６…中央部、４７…渦状部、４８…材料導入部、４９…固定穴、５０…バレル、５１…スクリュー対向面、５４…案内溝、５５…連通孔、５８…ヒーター、５９…冷却水流路、６０…ノズル、６１…ノズル孔、６２…ノズル流路、９０，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄ，９０ｅ，９０ｆ…可塑化装置、９１…スクリューケース、９５…開口部、１００，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆ…三次元造形装置、１４０，１４０ｂ…熱伝達抑制部、１４５…上側部分、１４６…下側部分、１５０…スクリュー冷媒流路、１５１…スクリュー供給溝部、１５２…入口部、１５３…上流流通部、１５４…下流流通部、１５５…出口部、１５６…スクリュー排出溝部、１５７…軸内流路、１５８…軸内供給流路、１５９…軸内排出流路、１６０…冷媒供給流路、１６１…冷媒供給配管、１６２…ケース供給溝部、１６３…外周供給シール部材、１６４…内周供給シール部材、１６５…供給シール部材、１７０…冷媒排出流路、１７１…冷媒排出配管、１７２…ケース排出溝部、１７３…外周排出シール部材、１７４…内周排出シール部材、１７５…排出シール部材、１８０…冷媒ポンプ、１９０…温度センサー、２００，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ，２００ｅ，２００ｆ…吐出ユニット、３１０…造形テーブル、３２０…移動機構、５００…制御部、６００…ペルチェ素子、６１０…電源、６１１…第１配線、６１２…第１接点、６２１…第２配線、６２２…第２接点、７００…射出成形装置、７１０…射出制御機構、７１１…射出シリンダー、７１２…プランジャー、７１３…プランジャー駆動部、７３０…金型部、７３１…可動金型、７３２…固定金型、７４０…型締装置、７４１…金型駆動部、ＡＸ…中心軸、Ｃｖ…キャビティ。
【図１】
2020075396.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】
2020075396.tif 000009
【図８】
2020075396.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2020075396.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2020075396.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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