(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元プリンタの線材カートリッジにおける線材を印刷機構に給送するための三次元物体の造形に用いるフィード機構であって、
前記印刷機構と前記線材カートリッジとを連通する通路を備える枠体と、
前記枠体の前記通路に固着される伝動部と、
前記枠体に固着されて前記伝動部を駆動するための作動モジュールと、
前記通路の前記線材カートリッジに隣接するポートに枢着される揺動ユニットと、
前記枠体に取り付けられ、センサを備えており、且つ、前記作動モジュールと前記センサとに電気的に接続されている制御ユニットと、を含んでおり、
前記線材カートリッジにおける前記線材が通路に進入して前記揺動ユニットを押し上げた場合、前記センサは、前記揺動ユニットの移動を検出して検出信号を生成し、
前記制御ユニットは、前記検出信号に基づいて、前記伝動部を駆動して前記線材を前記印刷機構に給送させるように前記作動モジュールを制御することを特徴とする三次元物体の造形に用いるフィード機構。
【請求項２】
前記作動モジュールには、少なくとも１つのモータが設けられており、
前記モータには、伝動軸が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の三次元物体の造形に用いるフィード機構。
【請求項３】
枠体に固着される受承板をさらに含んでおり、
前記受承板には、複数の固定孔が形成されており、
複数の前記固定孔の近傍には、貫通孔が形成されており、
前記貫通孔の近傍には、連結孔が一組形成されており、
前記モータは、螺合部材が前記固定孔を貫通して前記モータに締め付けられることで前記受承板に固着され、
前記モータが固着された場合、前記モータの伝動軸は、前記貫通孔を貫通することを特徴とする請求項２に記載の三次元物体の造形に用いるフィード機構。
【請求項４】
前記枠体は、前記受承板に固着され、且つ、対称に位置する２つの支持部を備えており、
前記支持部には、複数の固着孔が形成されており、
前記固着孔は、前記受承板の両側縁部の固定孔に対応して、前記支持部と前記受承板とを螺合部材によって螺合することを特徴とする請求項３に記載の三次元物体の造形に用いるフィード機構。
【請求項５】
２つの前記支持部の間には、梁部が設けられており、
前記通路は、前記梁部に設けられており、且つ、開放式通路及び密閉式通路を備えており、
前記開放式通路の２つの側壁には、枢着部がそれぞれ設けられており、
前記枢着部には、前記揺動ユニットが枢着されており、
前記揺動ユニットの一端には、枢着棒が設けられており、
前記揺動ユニットの一端は、前記枢着棒が前記枢着部に枢着されることにより、前記開放式通路内まで揺動させられることを特徴とする請求項４に記載の三次元物体の造形に用いるフィード機構。
【請求項６】
前記梁部には、前記制御ユニットを固着させる固着部が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の三次元物体の造形に用いるフィード機構。
【請求項７】
前記伝動部は、固定台と、主動ローラと、従動ローラとから構成されており、
前記固定台は、前記作動モジュールの受承板に固着され、且つ、連結部を備えており、
前記連結部には、前記受承板の連結孔に対応する穿孔が形成されており、
前記固定台は、螺合部材が前記穿孔を貫通して前記受承板の連結孔に螺合されることで、前記受承板に固着されることを特徴とする請求項４に記載の三次元物体の造形に用いるフィード機構。
【請求項８】
前記連結部には、突出部が設けられており、
前記突出部には、枢軸が設けられており、
前記枢軸には、Ｃ型止め輪の固定片を取り付け可能な溝が設けられており、
前記従動ローラは、前記枢軸に枢着されることを特徴とする請求項７に記載の三次元物体の造形に用いるフィード機構。
【請求項９】
前記主動ローラは、前記作動モジュールのモータの伝動軸に固定されるとともに、前記従動ローラに対応して配置されており、
前記主動ローラには、帯状のゴム層が周設されていることを特徴とする請求項８に記載の三次元物体の造形に用いるフィード機構。
【請求項１０】
前記伝動部の前記主動ローラ及び前記従動ローラは、前記枠体の通路の開放式通路と密閉式通路との間に位置していることを特徴とする請求項９に記載の三次元物体の造形に用いるフィード機構。
【請求項１１】
前記従動ローラは、Ｖ型ローラまたはＶ型プーリであることを特徴とする請求項１０に記載の三次元物体の造形に用いるフィード機構。
【請求項１２】
前記制御ユニットは、回路基板と、当該回路基板に電気的に接続される前記センサとを含んでおり、
前記センサは、ベース台を備えており、
前記ベース台には、凹溝が形成されており、
前記凹溝の２つの側壁には、センサ素子が設けられており、
前記回路基板には、前記枠体に対応する穿孔が形成されており、当該穿孔により前記回路基板を前記枠体に固着させることを特徴とする請求項１に記載の三次元物体の造形に用いるフィード機構。
【請求項１３】
前記回路基板が前記枠体に固着された場合、前記センサの凹溝が前記通路の開放式通路の上方に位置し、前記開放式通路の前記揺動ユニットが線材に押し上げられて前記センサの凹溝内までオフセット量分移動することで、前記センサ素子は、前記揺動ユニットを検出して検出信号を生成することを特徴とする請求項１２に記載の三次元物体の造形に用いるフィード機構。
【請求項１４】
前記揺動ユニットは、非透光性材質を用いることを特徴とする請求項１に記載の三次元物体の造形に用いるフィード機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタに関し、特に、三次元物体造形用の三次元プリンタ（３Ｄ  ｐｒｉｎｔｅｒ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元（３Ｄ）印刷技術は、金属粉末やプラスチック粉末等の粘着材を用いて、積層堆積法で三次元物体を造形する技術である。従来の機械加工、例えば、切削加工、掘削加工等による商品の模型製作は、三次元印刷技術によって実現される。
【０００３】
通常、熱溶解積層方式（fused deposition modeling，FDM）の三次元印刷装置では、熱可塑性材料を印刷機構内に給送して加熱溶解した後、この印刷機構から押し出して層ごとに立体印刷装置の造形台に塗布し、さらに、冷却、硬化させて造形し、これにより、立体造形物を形成する。
【０００４】
詳細には、現在市販の熱溶解積層方式の三次元プリンタは、開放式または半開放式のプリンタ本体を備えている。プリンタ本体の内部には、三次元の移動機構が配置されている。この三次元の移動機構のガイドロッドには、印刷機構（印刷ヘッドまたは印刷吐出ヘッド）が取り付けられている。印刷に用いる熱可塑性材料は、線材の形で線材カートリッジを介してプリンタ本体の外部に取り付けられる。使用時、線材カートリッジにおける線材は、この印刷機構まで引っ張られる。印刷機構によって印刷が行われる過程において、印刷機構は、センサ素子により線材が印刷機構に進入したことを確認すると、起動モータによって駆動されて線材を給送して三次元物体を造形する。
【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、印刷機構に用いられるセンサ素子が遮蔽型センサ素子に属し、さらに三次元プリンタに用いられる造形用線材が半透明状である場合があるため、センサ素子の誤検出が容易に発生する。また、印刷機構と機構本体の外部に取り付けられた線材カートリッジとの間に隙間があるため、フィード機構のモータが線材を給送するときに給送が不円滑になる場合がしばしばあり、三次元造形物の品質が低下してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、線材給送の不円滑を解決するための、三次元物体の造形に用いるフィード機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明に係る三次元物体の造形に用いるフィード機構は、三次元プリンタの線材カートリッジにおける線材を印刷機構に給送し、少なくとも、枠体と、伝動部と、作動モジュールと、揺動ユニットと、制御ユニットとを含んでいる。前記枠体は、前記印刷機構と前記線材カートリッジとを連通する通路を備えている。前記伝動部は、前記枠体の前記通路に固着される。前記作動モジュールは、前記枠体に固着されて前記伝動部を駆動する。前記揺動ユニットは、前記通路の前記線材カートリッジに隣接するポートに枢着される。前記制御ユニットは、前記枠体に取り付けられ、センサを備えており、且つ、前記作動モジュールと前記センサとに電気的に接続されている。前記線材カートリッジにおける線材が通路に進入して前記揺動ユニットを押し上げた場合、前記センサは、前記揺動ユニットの移動を検出して検出信号を生成する。前記制御ユニットは、前記検出信号に基づいて、前記伝動部を駆動して前記線材を前記印刷機構に給送させるように前記作動モジュールを制御する。
【０００８】
本発明の一実施形態において、前記作動モジュールには、少なくとも１つのモータが設けられている。前記モータには、伝動軸が設けられている。
【０００９】
本発明の一実施形態において、枠体に固着される受承板をさらに含んでいる。前記受承板には、複数の固定孔が形成されている。複数の前記固定孔の近傍には、貫通孔が形成されている。前記貫通孔の近傍には、連結孔が一組形成されている。前記モータは、螺合部材が前記固定孔を貫通して前記モータに締め付けられることで前記受承板に固着される。前記モータが固着された場合、前記モータの伝動軸は前記貫通孔を貫通する。
【００１０】
本発明の一実施形態において、前記枠体は、前記受承板に固着され、かつ対称に位置する２つの支持部を備えている。前記支持部には、複数の固着孔が形成されている。前記固着孔は、前記受承板の両側縁部の固定孔に対応して、前記支持部と前記受承板とを螺合部材によって螺合する。
【００１１】
本発明の一実施形態において、２つの前記支持部の間には、梁部が設けられている。前記通路は、前記梁部に設けられており、且つ、開放式通路及び密閉式通路を備えている。前記開放式通路の２つの側壁には、枢着部がそれぞれ設けられている。前記枢着部には、揺動ユニットが枢着される。前記揺動ユニットの一端には、枢着棒が設けられている。前記揺動ユニットの一端は、前記枢着棒が前記枢着部に枢着されることにより、前記開放式通路内まで揺動させられる。
【００１２】
本発明の一実施形態において、前記梁部には、前記制御ユニットを固着させる固着部が設けられている。
【００１３】
本発明の一実施形態において、前記伝動部は、固定台と、主動ローラと、従動ローラとから構成されている。前記固定台は、前記作動モジュールの受承板に固着され、且つ、連結部を備えている。前記連結部には、前記受承板の連結孔に対応する穿孔が形成されている。前記固定台は、螺合部材が前記穿孔を貫通して前記受承板の連結孔に螺合されることで、前記受承板に固着される。
【００１４】
本発明の一実施形態において、前記連結部には、突出部が設けられている。前記突出部には、枢軸が設けられている。前記枢軸には、Ｃ型止め輪の固定片を取り付け可能な溝が設けられている。前記従動ローラは、前記枢軸に枢着される。
【００１５】
本発明の一実施形態において、前記主動ローラは、前記作動モジュールのモータの伝動軸に固定されるとともに、前記従動ローラに対応して配置されている。前記主動ローラには、帯状のゴム層が周設されている。
【００１６】
本発明の一実施形態において、前記伝動部の前記主動ローラ及び前記従動ローラは、前記枠体の通路の開放式通路と前記密閉式通路との間に位置している。
【００１７】
本発明の一実施形態において、前記従動ローラは、Ｖ型ローラまたはＶ型プーリである。
【００１８】
本発明の一実施形態において、前記制御ユニットは、回路基板と、当該回路基板に電気的に接続される前記センサとを含んでいる。前記センサは、ベース台を備えている。前記ベース台には、凹溝が形成されている。前記凹溝の２つの側壁には、センサ素子が設けられている。前記回路基板には、前記枠体に対応する穿孔が形成されており、当該穿孔により前記回路基板を前記枠体に固着させる。
【００１９】
本発明の一実施形態において、前記回路基板が枠体に固着された場合、前記センサの凹溝が前記通路の開放式通路の上方に位置し、前記開放式通路の前記揺動ユニットが線材に押し上げられて前記センサの凹溝内までオフセット量分移動することで、前記センサ素子は、前記揺動ユニットを検出して検出信号を生成する。
【００２０】
本発明の一実施形態において、前記揺動ユニットは、非透光性材質を用いる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、印刷機構と線材カートリッジとの間にフィード機構を増設することにより、三次元プリンタの線材の給送をより円滑にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係るフィード機構の模式分解図である。
【図２】本発明の実施形態に係るフィード機構の外観を示す模式図である。
【図３】別の角度からみた本発明の実施形態に係るフィード機構の外観を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係るフィード機構を示す上面断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るフィード機構を示す側面断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るフィード機構の使用形態を示す模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係るフィード機構による線材の搬送動作を示す側面断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係るフィード機構による線材の搬送動作を示す上面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明の技術内容及びその詳細について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係るフィード機構の模式分解図である。図２は、本発明の実施形態に係るフィード機構の外観を示す模式図である。図３は、別の角度からみた本発明の実施形態に係るフィード機構の外観を示す模式図である。図４及び図５は、それぞれ本発明の実施形態に係るフィード機構の上面断面図及び側面断面図である。図１乃至図５に示すように、本発明に係る、三次元物体の造形に用いるフィード機構１０は、少なくとも、作動モジュール１、伝動部２、枠体３、及び制御ユニット４を含んでいる。
【００２５】
作動モジュール１は、枠体３の受承板３６に固着され、少なくとも１つのモータ１１を含んでいる。このモータ１１には、伝動軸１１１が設けられている。
【００２６】
伝動部２は、枠体３の通路３３に固着され、固定台２１、主動ローラ２２及び従動ローラ２３から構成されている。固定台２１は、受承板３６に固着され、連結部２１１を備えている。連結部２１１には、連結孔３６３に対応する穿孔２１１１が形成されている。固定台２１は、ねじ２１１２が穿孔２１１１を貫通して受承板３６の連結孔３６３に螺合されることにより、受承板３６に固着される。連結部２１１には、突出部２１２が設けられている。この突出部２１２には、枢軸２１３が設けられている。枢軸２１３には、Ｃ型止め輪の固定片２１５が取り付け可能な溝２１４が設けられている。主動ローラ２２は、モータ１１の伝動軸１１１に固定されている。主動ローラ２２には、帯状のゴム層２２１が周設されている。ゴム層２２１は、従動部材（図示せず）に接触することで従動部材を搬送する。従動ローラ２３は、枢軸２１３に枢着されるとともに、主動ローラ２２に対応して配置されている。さらに、固定片２１５が溝２１４に取り付けられることで、枢軸２１３が転動しても従動ローラ２３が枢軸２１３から抜けることはない。本実施形態において、従動ローラ２３は、Ｖ型ローラまたはＶ型プーリである。
【００２７】
枠体３には、受承板３６が固着されている。受承板３６には、複数の固定孔３６１が形成されている。これらの固定孔３６１の近傍には、貫通孔３６２が形成されている。貫通孔３６２の近傍には、連結孔３６３が一組形成されている。ねじ１２が２つの固定孔３６１を貫通して締め付けることにより、モータ１１を受承板３６に固着させるとともに、モータ１１の伝動軸１１１を貫通孔３６２に貫通させて主動ローラ２２に連結する。また、枠体３は、対称となる２つの支持部３１を備えている。支持部３１には、複数の固着孔３１１が形成されている。固着孔３１１は、受承板３６の両側縁部の固定孔３６１に対応して、前記支持部３１と前記受承板３６とをねじ３１２によって螺合している。２つの支持部３１の間には、梁部３２が設けられている。この梁部３２には、少なくとも、開放式通路３３１及び密閉式通路３３２を備える通路３３が設けられている。図４に示すように、伝動部２の主動ローラ２２及び従動ローラ２３は、開放式通路３３１と密閉式通路３３２との間に位置している。また、開放式通路３３１の２つの側壁には、枢着部３３１１がそれぞれ設けられている。揺動ユニット３４は、枢着部３３１１に枢着されることにより、通路の線材カートリッジ（図示せず）に隣接するポートに枢設される。揺動ユニット３４の一端には、枢着棒３４１が設けられている。図５に示すように、揺動ユニット３４の一端は、枢着棒３４１が枢着部３３１１に枢着されることにより、開放式通路３３１内まで揺動させられる。なお、梁部３２には、制御ユニット４を固着させる固着部３５が設けられている。本実施形態において、光の透過によって生じるおそれのある、一部の線材カートリッジにおける線材の誤検出を防止するために、揺動ユニットは、非透光性材質を用いる。
【００２８】
制御ユニット４は、回路基板４１と、この回路基板４１に電気的に接続されるセンサ４２とを含んでいる。センサ４２は、ベース台４２１を備えている。ベース台４２１には、凹溝４２２が形成されている。この凹溝４２２の２つの側壁には、センサ素子４２３がそれぞれ設けられている。回路基板４１には、固着部３５に対応する穿孔４１１が形成されている。このように形成することで、ねじ４１２は、この穿孔４１１を貫通して回路基板４１を枠体３の梁部３２に固着させる。回路基板４１が梁部３２に固着された場合、センサ４２の凹溝４２２は、開放式通路３３１の上方に位置する。本実施形態において、センサ素子４２３は、遮蔽型センサ素子である。
【００２９】
図６は、本発明の実施形態に係るフィード機構の使用形態を示す模式図である。図７及び図８は、それぞれ、本発明の実施形態に係るフィード機構による線材の搬送動作を示す側面断面図及び上面断面図である。図６乃至図８に示すように、本発明に係るフィード機構１０は、三次元プリンタ２０のフレーム２０１の内部に取り付けられている。このフィード機構１０の密閉式通路３３２の一端は、搬送管２０２を介して三次元プリンタ２０の印刷機構２０３に連結されている。
【００３０】
三次元プリンタ２０の作動中に、線材カートリッジ２０４は、三次元プリンタ２０のフレーム２０１の外側に取り付けられている。線材カートリッジ２０４における線材２０５が開放式通路３３１の一方側の入り口から給送された後、この線材２０５が開放式通路３３１の内部に給送されて揺動ユニット３４を押し上げると、揺動ユニット３４は、センサ４２のベース台４２１の凹溝４２２内までオフセット量分移動する。この場合、センサ素子４２３への光が揺動ユニット３４によって遮断されて、制御ユニット４のセンサ素子４２３は、検出信号を生成して出力する。制御ユニット４が信号を出力して作動モジュール１を駆動することにより、作動モジュール１のモータ１１は、伝動部２の主動ローラ２２を回動させて線材２０５を搬送させる。そのとき、従動ローラ２３が線材２０５の搬送に伴って回動するため、線材２０５は、密閉式通路３３２内に給送され、さらに、この密閉式通路３３２から搬送管２０２を介して印刷機構２０３に給送されることができる。
【００３１】
上述したフィード機構１０が印刷機構２０３と線材カートリッジ２０４との間に取り付けられることで、線材２０５は、印刷機構２０３の印刷動作に影響を与えることなく、印刷機構２０３に円滑に搬送されることができる。
【００３２】
さらに、本発明の実施形態に係るフィード機構１０において、作動モジュール１以外、他の構成、例えば、伝動部２、枠体３及び制御ユニット４は、いずれも印刷機構２０３に設けられてもよい。制御ユニット４のセンサ素子４２３によって線材２０５が検出されると、制御ユニット４は、制御信号を出力して印刷機構２０３の作動モジュール（図示せず）を駆動する。印刷機構２０３の作動モジュールは、線材２０５を印刷機構２０３に給送させて三次元物体を造形するように伝動部２を駆動する。
【００３３】
以上、本発明の好ましい実施形態を挙げて説明したが、これは本発明の実施形態の一例に過ぎない。説明した実施形態は、本発明の範囲を限定するものではないことが理解されたい。当業者であれば本発明の概念又は技術的思想を含む各種の変動や置換は、本発明の保護を求める範囲内に属するものである。
【符号の説明】
【００３４】
１０ フィード機構
１ 作動モジュール
１１ モータ
１１１ 伝動軸
１２ ねじ
２ 伝動部
２１ 固定台
２１１ 連結部
２１１１ 穿孔
２１２ 突出部
２１３ 枢軸
２１４ 溝
２１５ 固定片
２２ 主動ローラ
２２１ ゴム層
２３ 従動ローラ
３ 枠体
３１ 支持部
３１１ 固着孔
３１２ ねじ
３２ 梁部
３３ 通路
３３１ 開放式通路
３３１１ 枢着部
３３２ 密閉式通路
３４ 揺動ユニット
３４１ 枢着棒
３５ 固着部
３６ 受承板
３６１ 固定孔
３６２ 貫通孔
３６３ 連結孔
４ 制御ユニット
４１ 回路基板
４１１ 穿孔
４１２ ねじ
４２ センサ
４２１ ベース台
４２２ 凹溝
４２３ センサ素子
２０ 三次元プリンタ
２０１ フレーム
２０２ 搬送管
２０３ 印刷機構
２０４ 線材カートリッジ
２０５ 線材
【要約】      （修正有）【課題】線材給送の不円滑を解決するための、三次元物体の造形に用いるフィード機構の提供。【解決手段】少なくとも、枠体３と、伝動部２と、作動モジュール１と、揺動ユニット３４と、制御ユニット４とを含んでいる三次元物体の造形に用いるフィード機構１０。制御ユニット４は、センサ４２を備えており、フィード機構は、印刷機構及び線材カートリッジを備える三次元プリンタに取り付けられており、線材カートリッジの線材が枠体３の通路に給送されて揺動ユニット３４を押し上げた場合、センサ４２は、揺動ユニット３４を検出して検出信号を生成し、これにより、制御ユニット４は、検出信号に基づいて、伝動部２を駆動して線材を印刷機構に給送させるように作動モジュール１を制御するフィード機構１０。【選択図】図７【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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