JP2021030678A - 可塑化装置、三次元造形装置および射出成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】材料をペレットの状態でローターの溝形成面とバレルとの間に安定して供給可能な技術を提供する。【解決手段】可塑化装置は、駆動モーターによって回転し、回転方向に沿って第１溝部が形成された溝形成面を有するローターと、ローターを収容するローターケースと、溝形成面に対向し、貫通孔を有するバレルと、ローター又はバレルを加熱する第１加熱部と、ローターの側面を冷却する冷却機構と、を備える。可塑化装置は、ローターの回転および第１加熱部による加熱によって、第１溝部とバレルとの間に供給された材料を可塑化して貫通孔から流出させ、ローターの側面は、第１溝部に材料を導出する材料導出口と、ローターとローターケースとの間に供給された材料を材料導出口に送出するための第２溝部と、を有する。【選択図】図１

Description

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。

特許文献１には、螺旋溝が形成された溝形成面を有するローターと、中心に貫通孔が形成されたバレルとを備える射出成形装置が開示されている。この射出成形装置では、ローターの溝形成面とバレルとの間で材料が軟化溶融され、バレルに設けられた貫通孔を通じて、金型に射出される。

特開２０１０−２４１０１６号公報

こうした射出成形装置では、溝形成面の外周部分において材料がペレット状の形態で維持されて中心に向かって搬送されることによって、溝形成面の中央部において溶融された材料がバレルの貫通孔から圧送される力が得られる。そのため、溝形成面の外周部分において材料をペレット状の形態に安定して維持できない場合、材料の射出量が変動する可能性がある。このような課題は、射出成形装置に限らず、ローターとバレルとを用いて材料を可塑化する可塑化装置や、ローターとバレルとを用いて可塑化した材料によって三次元造形物を造形する三次元造形装置等にも共通した課題である。

本開示の一形態によれば、可塑化装置が提供される。この可塑化装置は、駆動モーターによって回転し、回転方向に沿って第１溝部が形成された溝形成面を有するローターと、前記ローターを収容するローターケースと、前記溝形成面に対向し、貫通孔を有するバレルと、前記ローター又は前記バレルを加熱する第１加熱部と、前記ローターの側面を冷却する冷却機構と、を備え、前記ローターの回転および前記第１加熱部による加熱によって、前記第１溝部と前記バレルとの間に供給された材料を可塑化して前記貫通孔から流出させ、前記ローターの前記側面は、前記第１溝部に前記材料を導出する材料導出口と、前記ローターと前記ローターケースとの間に供給された前記材料を前記材料導出口に送出するための第２溝部と、を有することを特徴とする。

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である。 ローターの斜視図である。 ローターの下面図である。 ローターの側面図である。 バレルの上面図である。 三次元造形物が造形される様子を模式的に示す図である。 第２実施形態におけるローターの断面を示す斜視図である。 第３実施形態におけるローターの断面図である。 第４実施形態における可塑化装置の概略構成を示す図である。 第５実施形態における可塑化装置の概略構成を示す図である。 第６実施形態としての射出成形装置の概略構成を示す図である。

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、鉛直上向きの方向である。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。

三次元造形装置１００は、制御部１０１と、造形材料を生成して吐出する可塑化装置１１０と、三次元造形物の基台となる造形用のテーブル２１０と、造形材料の吐出位置を制御する移動機構２３０と、を備える。

制御部１０１は、三次元造形装置１００全体の動作を制御して、三次元造形物を造形する造形処理を実行する。制御部１０１は、１つ、または、複数のプロセッサーと、主記憶装置と、を備えるコンピューターによって構成される。制御部１０１は、主記憶装置に読み込んだプログラムをプロセッサーが実行することによって、種々の機能を発揮する。なお、制御部１０１の機能の一部を、ハードウェア回路により実現するようにしてもよい。制御部１０１が実行する造形処理では、三次元造形物の造形データに従って、可塑化装置１１０と移動機構２３０とが制御される。

可塑化装置１１０は、制御部１０１の制御下において、溶融されたペースト状の造形材料をテーブル２１０上の目標位置に吐出する。可塑化装置１１０は、造形材料に転化される前の材料ＭＲの供給源である材料供給部２０と、材料ＭＲを造形材料へと転化させる可塑化部３０と、ローター４０の側面４９を冷却する冷却機構８０と、造形材料をテーブル２１０に向けて吐出する吐出口６２を有するノズル６１と、ノズル６１からの造形材料の吐出量を制御する流量調整機構７０と、造形材料を吸引して一時的に貯留する吸引部７５と、を備える。

材料供給部２０は、可塑化部３０に、造形材料を生成するための材料ＭＲを供給する。材料供給部２０は、例えば、材料ＭＲを収容するホッパーによって構成される。材料供給部２０は、連通路２２を介して、可塑化部３０に接続されている。本実施形態において、材料ＭＲは、ペレット状の形態で材料供給部２０に投入される。連通路２２は、後述するローター４０の側面４９の上部付近に開口しており、ローター４０の上部に向けて材料を供給する。材料ＭＲの詳細については後述する。

可塑化部３０は、材料供給部２０から供給された材料ＭＲの少なくとも一部を可塑化して流動性を発現させたペースト状の造形材料を生成し、ノズル６１へと導く。可塑化部３０は、ローターケース３１と、駆動モーター３２と、ローター４０と、バレル５０と、第１加熱部５８とを有する。ローター４０は、「フラットスクリュー」とも呼ばれる。可塑化部３０は、材料ＭＲの全部を可塑化してもよいし、例えば、材料ＭＲが複数の成分を含む場合には、その一部の成分を可塑化してもよい。

図２は、ローター４０の斜視図である。本実施形態におけるローター４０は、略円柱状の形状を有しており、外周に螺旋状のフライト部４５を有する。本実施形態では、ローター４０の直径ＤＭは、回転軸ＲＸに沿った全長に亘って一定である。ローター４０の直径とは、本実施形態では、フライト部４５における外径である。図１に示すように、ローター４０は、ローター４０を収容するための円筒状の内部空間を有するローターケース３１に収容される。ローター４０の上面４７は駆動モーター３２に連結されている。ローター４０は、駆動モーター３２が発生する回転駆動力によって、ローターケース３１内においてＺ方向に沿った回転軸ＲＸを中心に回転する。駆動モーター３２は、制御部１０１の制御下において駆動される。

図３は、ローター４０の下面図である。以下では、ローター４０の下面のことを、溝形成面４８という。ローター４０の溝形成面４８には、ローター４０の回転方向に沿って、第１溝部４１が形成されている。第１溝部４１は、スクロール溝を構成する。第１溝部４１は、中央部４６から、ローター４０の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。第１溝部４１は、螺旋状に延びるように構成されてもよい。溝形成面４８には、第１溝部４１の側壁部を構成し、第１溝部４１に沿って延びている凸条部４４が設けられている。

図４は、ローター４０の側面図である。ローター４０は、その側面４９に、第２溝部４２と材料導出口４３とを有している。第２溝部４２は、フライト部４５同士の間に形成された溝部である。本実施形態では、第２溝部４２は、螺旋状に設けられている。第２溝部４２は、材料供給部２０から、ローター４０とローターケース３１との間に供給されたペレット状の材料ＭＲを材料導出口４３に送出する機能を有する。材料導出口４３は、第２溝部４２から第１溝部４１に材料ＭＲを導出する窪みを構成する。

本実施形態では、第２溝部４２の深さＤ、溝幅Ｗ、傾斜角度Ｒは、それぞれ一定である。傾斜角度Ｒは、回転軸ＲＸに直交する平面に対する傾斜角度である。本実施形態における傾斜角度Ｒは、第２溝部４２の溝幅方向の中心における傾斜角度である。本実施形態における傾斜角度Ｒは鋭角であり、例えば、５〜４５度である。本実施形態では、溝形成面４８は回転軸ＲＸに直交する。そのため、傾斜角度Ｒは、溝形成面４８に対する傾斜角度でもある。

図２〜図４に示すように、本実施形態において、ローター４０には、第１溝部４１、第２溝部４２、および、材料導出口４３が、それぞれ１つずつ形成されている。つまり、ローター４０は、１組の第１溝部４１、第２溝部４２、および、材料導出口４３を有する。なお、他の実施形態では、ローター４０には、第１溝部４１、第２溝部４２、および、材料導出口４３が複数組備えられてもよい。

図１に示すように、本実施形態では、ローターケース３１の内部に、ローター４０の側面４９を冷却する冷却機構８０が備えられている。本実施形態では、冷却機構８０は、冷媒が流れる冷却流路８１を備える。冷却流路８１には、冷媒を圧送するためのポンプ８２が接続されている。冷媒としては、水や空気が用いられる。冷却流路８１は、ローターケース３１の内部において、ローター４０の周囲を囲むように配置されている。本実施形態では、ローターケース３１に下面側から溝を形成し、その溝を、下方から蓋部材５１によって塞ぐことによって冷却流路８１が形成されている。なお、冷却機構８０は、第２溝部４２に沿うように、螺旋状の冷却流路によって構成されてもよい。

図５は、バレル５０の上面図である。バレル５０は、ローター４０の下方に配置されている。バレル５０の上面は、ローター４０の溝形成面４８に対向する。以下、バレル５０の上面を、「スクリュー対向面５２」と呼ぶ。スクリュー対向面５２の中心には、造形材料をノズル６１に供給するための上述した貫通孔５６が形成されている。

スクリュー対向面５２には、貫通孔５６に接続され、貫通孔５６から外周に向かって渦状に延びている複数の案内溝５４が形成されている。複数の案内溝５４は、ローター４０の中央部４６に流入した造形材料を貫通孔５６に導く機能を有する。

図１に示すように、バレル５０には、バレル５０を加熱して材料ＭＲを可塑化するための第１加熱部５８が埋め込まれている。第１加熱部５８は、制御部１０１によって制御される。第１加熱部５８は、バレル５０に埋め込まれるのではなく、バレル５０の下方に配置されてもよい。

ローター４０の側面４９に設けられた第２溝部４２に供給された材料ＭＲは、冷却機構８０によって冷却されつつ、材料導出口４３を通じてローター４０の下面に設けられた第１溝部４１に導出される。第１溝部４１に導出された材料は、第１溝部４１とバレル５０との間において溶融されながら、ローター４０の回転によって第１溝部４１に沿って流動し、造形材料として溝形成面４８の中央部４６へと導かれる。中央部４６に流入したペースト状の造形材料は、バレル５０の中心に設けられた貫通孔５６を通じてノズル６１に流出する。

ノズル６１は、可塑化部３０とノズル６１とをつなぐ流路６５を通じて、バレル５０の貫通孔５６に接続されている。ノズル６１は、可塑化部３０において生成された造形材料を、先端の吐出口６２からテーブル２１０に向かって吐出する。本実施形態では、流路６５はＺ方向に沿って延びており、流路６５とノズル６１とはＺ方向に沿って配列されている。

テーブル２１０は、ノズル６１の吐出口６２に対向する位置に配置されている。テーブル２１０は、三次元造形物が造形される造形面２１１を有している。造形面２１１は、本実施形態では、水平、つまり、Ｘ，Ｙ方向に平行である。

移動機構２３０は、テーブル２１０とノズル６１との相対的な位置を変更可能に構成されている。本実施形態では、ノズル６１の位置が固定されており、移動機構２３０は、テーブル２１０を移動させる。移動機構２３０は、３つのモーターの駆動力によって、テーブル２１０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。移動機構２３０は、制御部１０１の制御下において、ノズル６１とテーブル２１０との相対的な位置関係を変更する。

なお、他の実施形態では、移動機構２３０によってテーブル２１０を移動させる構成の代わりに、テーブル２１０の位置が固定された状態で、移動機構２３０がテーブル２１０に対してノズル６１を移動させる構成が採用されてもよい。また、移動機構２３０によってテーブル２１０をＺ方向に移動させ、ノズル６１をＸ，Ｙ方向に移動させる構成や、移動機構２３０によってテーブル２１０をＸ，Ｙ方向に移動させ、ノズル６１をＺ方向に移動させる構成が採用されてもよい。これらの構成であっても、ノズル６１とテーブル２１０との相対的な位置関係が変更可能である。

流量調整機構７０は、流路６５内で回転することにより流路６５の開度を変化させる。本実施形態において、流量調整機構７０は、バタフライバルブによって構成されている。流量調整機構７０は、制御部１０１による制御下において、第１駆動部７４によって駆動される。第１駆動部７４は、例えば、ステッピングモーターによって構成される。制御部１０１は、バタフライバルブの回転角度を制御することによって、可塑化部３０からノズル６１に流れる造形材料の流量、つまり、ノズル６１から吐出される造形材料の流量を調整することができる。

吸引部７５は、流路６５において流量調整機構７０と吐出口６２との間に接続されている。吸引部７５は、ノズル６１からの造形材料の停止時に、流路６５中の造形材料を一時的に吸引することによって、造形材料がノズル６１から糸を引くように垂れる尾引きを抑制する。本実施形態において、吸引部７５は、プランジャーにより構成されている。吸引部７５は、制御部１０１による制御下において、第２駆動部７６によって駆動される。第２駆動部７６は、例えば、ステッピングモーターや、ステッピングモーターの回転力をプランジャーの並進運動に変換するラックアンドピニオン機構等によって構成される。

図６は、三次元造形装置１００によって三次元造形物が造形される様子を模式的に示す図である。三次元造形装置１００では、上述したように、可塑化部３０において造形材料ＭＭが生成される。そして、移動機構２３０によって、テーブル２１０の造形面２１１に沿った方向にノズル６１が移動しながら、テーブル２１０の造形面２１１に向かって、ノズル６１から造形材料ＭＭが吐出される。

ここで、テーブル２１０の造形面２１１に対してノズル６１が同一の高さ位置にあるとき造形処理によって吐出された造形材料ＭＭによって構成される層を「造形層ＭＬ」と呼ぶ。制御部１０１は、ノズル６１の位置をＺ方向に移動させ、これまでの造形処理で形成された造形層ＭＬの上に、次の造形処理によって、さらに造形材料ＭＭを積み重ねることによって、三次元造形物を造形していく。つまり、三次元造形装置１００は、造形層ＭＬを何層にも積層することによって三次元造形物を製造する。

以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００では、可塑化装置１１０が備えるローター４０の側面４９に、第２溝部４２と材料導出口４３とが形成されており、これらを通じて、溝形成面４８に形成された第１溝部４１とバレル５０との間にペレット状の材料ＭＲが供給される。このような構成であれば、第２溝部４２に材料ＭＲが一時的に蓄えられることになるので、第１溝部４１に連通路２２から直接的に材料ＭＲを供給するよりも、安定して、第１溝部４１に材料ＭＲを供給することができる。この結果、造形材料の溶融状態や造形材料の吐出量を安定させることができる。

また、本実施形態では、第２溝部４２が螺旋状に構成されているので、第２溝部４２が直線状に構成されるよりも、ペレット状の材料ＭＲを、バレル５０側に向けて押さえつける力が強くなる。従って、ローター４０とバレル５０との間に、材料をより安定して供給することができ、また、溶融材料を貫通孔５６に送り出す搬送力を高めることができる。なお、本実施形態では、第２溝部４２が螺旋状であるものとしたが、第２溝部４２は、ローター４０の外周に沿って設けられていればよく、直線状に形成することも可能である。

また、本実施形態では、第２溝部４２に供給された材料ＭＲを冷却機構８０によって冷却することができるので、材料ＭＲをペレットの状態で溝形成面４８とバレル５０との間に安定して供給できる。そのため、溝形成面４８の中央部４６において溶融された材料をバレル５０の貫通孔５６から安定して圧送することができる。この結果、材料の射出量が変動することを抑制できる。なお、本実施形態では、冷却機構８０は、冷媒が流れる冷却流路８１によって構成されているが、冷却機構８０はペルチェ素子などの熱電素子によって構成されてもよい。

また、本実施形態では、冷却機構８０がローターケース３１内に設けられているので、ローター４０の内部に冷却機構８０を設けるよりも、可塑化装置１１０を簡易な構造とすることができる。

ここで、上述した三次元造形装置１００において用いられる三次元造形物の材料について説明する。三次元造形装置１００では、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ことができる。「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。

主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、可塑化部３０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。

熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記の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

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、可塑化部３０において、ローター４０の回転と第１加熱部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。熱可塑性を有する材料の溶融によって生成された造形材料は、ノズル６１から吐出された後、温度の低下によって硬化する。

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６１からの吐出時には約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吐出するために、ノズル６１の周囲にはヒーターが設けられてもよい。

三次元造形装置１００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、材料ＭＲとして可塑化部３０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
＜前記合金の例＞
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

三次元造形装置１００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、テーブル２１０に配置された造形材料は焼結によって硬化されてもよい。

材料供給部２０に材料ＭＲとして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、可塑化部３０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。

材料供給部２０に材料ＭＲとして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

その他に、材料供給部２０に材料ＭＲとして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。

Ｂ．第２実施形態：
図７は、第２実施形態におけるローター４０ｂの断面を示す斜視図である。上述した第１実施形態では、冷却機構８０が、ローターケース３１の内部に設けられているのに対して、第２実施形態では、冷却機構８０ｂが、ローター４０ｂの内部に設けられている。

第２実施形態では、ローター４０ｂの上面４７には、ロータリージョイント８３が取り付けられている。ロータリージョイント８３とは、固定された配管に流れる流体を回転体であるローター４０ｂ内部の流路に搬送する継手である。本実施形態において、ロータリージョイント８３は、外部のポンプ８２に接続されており、ポンプ８２から圧送された冷媒をローター４０ｂの内部に搬送する。

本実施形態において、ローター４０ｂは、上面４７側が開口する有底筒状に形成されており、内部に、円柱状の流路形成部材８４が圧入されている。流路形成部材８４の外周には、ローター４０ｂに形成された第２溝部４２に沿うように、ロータリージョイント８３に連通する第３溝部８５が設けられている。本実施形態では、第２溝部４２が螺旋状であるため、第３溝部８５も螺旋状に形成されている。流路形成部材８４に形成された第３溝部８５とローター４０ｂの側壁とによって、冷却機構８０ｂとしての冷却流路８１ｂがローター４０ｂの内部に形成される。本実施形態では、流路形成部材８４の中心には、ロータリージョイント８３に連通する連通孔８６が設けられている。第３溝部８５と連通孔８６とは、流路形成部材８４の下部において連通している。そのため、ロータリージョイント８３を通じて第３溝部８５に流入した冷媒は、第２溝部４２に沿うように第３溝部８５内を流れた後に、連通孔８６を通ってロータリージョイント８３に戻る。

以上で説明した第２実施形態によれば、ローター４０ｂの内部に冷却機構８０ｂが設けられているので、ローター４０の側面４９を直接的に冷却できる。そのため、材料ＭＲの冷却効率を高めることができる。また、本実施形態では、冷却機構８０ｂが第２溝部４２に沿って形成されているので、第２溝部４２内の材料ＭＲを効率的に冷却できる。

なお、本実施形態では、冷却機構８０ｂが第２溝部４２に沿って形成されているが、冷却機構８０ｂは、第２溝部４２に沿っていなくてもよい。例えば、冷却機構８０ｂは、ローター４０ｂの側面４９によって囲われるように形成されていてもよい。また、冷却機構８０ｂは、第２溝部４２ではなく、フライト部４５に沿って形成されていてもよい。

第１実施形態における冷却機構８０と、第２実施形態における冷却機構８０ｂとは、これらを組み合わせてもよい。つまり、ローターケース３１とローター４０の両方に冷却機構が備えられてもよい。

Ｃ．第３実施形態：
図８は、第３実施形態におけるローター４０ｃの断面図である。本実施形態では、上述した第２実施形態のように、冷却機構８０ｃが、ローター４０ｃの内部に設けられている。本実施形態では、更に、ローター４０ｃの内部に、第２加熱部８７が設けられている。第２加熱部８７には、例えば、ロータリーコネクターやスリップリングによって外部から電力が供給される。第２加熱部８７は、制御部１０１によって制御される。

本実施形態において、ローター４０ｃの回転軸ＲＸに沿ったバレル５０から第２加熱部８７までの距離Ｌ１は、ローター４０の回転軸ＲＸに沿ったバレル５０から冷却機構８０ｃまでの距離よりも短い。つまり、第２加熱部８７の方が、冷却機構８０ｃよりもバレル５０に近い位置に配置されている。

以上で説明した第３実施形態によれば、冷却機構８０ｃによってローター４０ｃの側面４９を効率的に冷却しつつ、バレル５０に設けられた第１加熱部５８とローター４０ｃに設けられた第２加熱部８７とによって、材料ＭＲを効率的に溶融させることができる。

Ｄ．第４実施形態：
図９は、第４実施形態における可塑化装置１１０ｄの概略構成を示す図である。第４実施形態では、冷却機構８０ｄは、ローターケース３１の内部に設けられている。冷却機構８０ｃは、第１部分８０１と第２部分８０２とを備えている。ローター４０の回転軸ＲＸに沿ったバレル５０から第１部分８０１までの距離は、ローター４０の回転軸ＲＸに沿ったバレル５０から第２部分８０２までの距離よりも短い。つまり、冷却機構８０ｄを構成する第１部分８０１および第２部分８０２のうち、第１部分８０１の方が第２部分８０２よりもバレル５０に近い。本実施形態において、第１部分８０１は、ローター４０を任意の位置で上部分および下部分に分割したときに、ローター４０の下部分に形成された冷却機構８０ｄの一部であり、第２部分８０２は、ローター４０の上部分に形成された冷却機構８０ｄの一部である。

本実施形態では、冷却機構８０ｄは、冷媒が流れる冷却流路によって構成されている。そして、第１部分８０１における冷却流路の密度は、第２部分８０２における冷却流路の密度よりも高い。つまり、バレル５０に近い位置ほど、冷却流路の密度が高く配置されている。このような構成によれば、ローター４０の側面４９のバレル５０に近い位置を効率的に冷却できるので、溝形成面４８の外周部分において、材料ＭＲをペレットの状態に安定して維持することができる。

なお、本実施形態では、冷却機構８０ｄがローターケース３１の内部に備えられているものとしたが、冷却機構８０ｄは、ローター４０の内部に備えられてもよい。つまり、ローター４０の内部の冷却機構において、バレル５０に近い位置ほど、冷却流路の密度が高く配置されていてもよい。

Ｅ．第５実施形態：
図１０は、第５実施形態における可塑化装置１１０ｅの概略構成を示す図である。第５実施形態では、冷却機構８０ｅは、ローターケース３１の内部に設けられている。冷却機構８０ｅは、第１部分８０１と第２部分８０２とを備えている。ローター４０の回転軸ＲＸに沿ったバレル５０から第１部分８０１までの距離は、ローター４０の回転軸ＲＸに沿ったバレル５０から第２部分８０２までの距離よりも短い。つまり、冷却機構８０ｅを構成する第１部分８０１および第２部分８０２のうち、第１部分８０１の方が第２部分８０２よりもバレル５０に近い。本実施形態において、第１部分８０１は、ローター４０を上部分および下部分に分割したときに、ローター４０の下部分に形成された冷却機構８０ｄの一部であり、第２部分８０２は、ローター４０の上部分に形成された冷却機構８０ｄの一部である。

本実施形態では、冷却機構８０ｅは、冷媒が流れる冷却流路によって構成されている。そして、第１部分８０１に対して、第１ポンプ８２１が接続されており、第２部分８０２に対して、第２ポンプ８２２が接続されている。第１ポンプ８２１および第２ポンプ８２２は、それぞれ、制御部１０１により個別に制御される。具体的には、制御部１０１は、第１部分８０１が冷却するローター４０の側面部分の温度の方が、第２部分８０２が冷却するローター４０の側面部分の温度よりも低くなるように、第１ポンプ８２１および第２ポンプ８２２を個別に制御する。本実施形態では、第１部分８０１を流れる冷媒の流量を、第２部分８０２を流れる冷媒の流量よりも多くして、第１部分８０１において第２部分８０２よりも多くの熱交換が行われるように、制御部１０１は、第１ポンプ８２１および第２ポンプ８２２を制御する。このような構成によれば、ローター４０の側面４９のバレル５０に近い位置を効率的に冷却できるので、溝形成面４８の外周部分において、材料ＭＲをペレットの状態に安定して維持することができる。

なお、本実施形態では、冷却機構８０ｅがローターケース３１の内部に備えられているものとしたが、冷却機構８０ｅは、ローター４０の内部に備えられてもよい。つまり、ローター４０の内部に備えられた第１部分８０１および第２部分８０２が、それぞれ個別に制御されてもよい。

また、本実施形態では、第１部分８０１を流れる冷媒の流量を、第２部分８０２を流れる冷媒の流量よりも多くしているが、第１部分８０１を流れる冷媒の温度を、第２部分８０２を流れる冷媒の温度よりも低くしてもよい。また、第１部分８０１および第２部分８０２をそれぞれ、冷却流路ではなく、ペルチェ素子によって構成し、第１部分８０１が冷却するローター４０の側面部分の温度の方が、第２部分８０２が冷却するローター４０の側面部分の温度よりも低くなるように、それぞれのペルチェ素子を制御するものとしてもよい。

Ｆ．第６実施形態：
図１１は、本開示の第６実施形態としての射出成形装置７００の概略構成を示す図である。射出成形装置７００は、可塑化装置１１０と、射出制御機構７１０と、金型７３０と、型締装置７４０とを備えている。可塑化装置１１０の構成は、特に説明しない限り第１実施形態と同じである。本実施形態において、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同じ符号を付して説明する。

可塑化装置１１０は、ローター４０とバレル５０とノズル６１とを有している。バレル５０には図示していない加熱部が埋め込まれている。また、第１実施形態と同様に、可塑化装置１１０は、ローター４０の側面を冷却するための冷却機構８０を備えている。本実施形態のバレル５０の貫通孔５６には、後述する射出シリンダー７１１が接続されている。貫通孔５６と射出シリンダー７１１との間には、射出シリンダー７１１から貫通孔５６への造形材料の逆流を防止する逆止弁７１が設けられている。可塑化装置１１０は、制御部７５０の制御下で、ローター４０とバレル５０との間に供給された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貫通孔５６から射出制御機構７１０へと導く。

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内の溶融材料を、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、制御部７５０の制御下で、ノズル６１からの溶融材料の射出量を制御する。射出シリンダー７１１は、バレル５０の貫通孔５６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内の溶融材料を、可塑化装置１１０に備えられたノズル６１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。

金型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応じた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、溶融材料が射出制御機構７１０によって圧送されてノズル６１から射出される。

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、制御部７５０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７３０を開閉させる。

以上で説明した本実施形態の射出成形装置７００は、第１実施形態と同様の冷却機構８０を備えているので、ローター４０とバレル５０との間に安定して材料を供給できる。そのため、金型７３０に対して安定した溶融状態の材料を射出することができる。なお、第６実施形態における冷却機構８０の形態は、第１実施形態から第５実施形態までの任意の形態を適用可能である。

Ｇ．他の形態：
（Ｇ−１）上記第３実施形態では、バレル５０に設けられた第１加熱部５８と、ローター４０ｅに設けられた第２加熱部８７との両方が設けられている。これに対して、第２加熱部８７を設け、第１加熱部５８を設けなくてもよい。この場合でも、第２加熱部８７によって材料ＭＲを十分に溶融させることができる。

（Ｇ−２）本開示は、上述の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構成で実現することができる。例えば、以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述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。

（１）本開示の第１の形態によれば、可塑化装置が提供される。この可塑化装置は、可塑化装置は、駆動モーターによって回転し、回転方向に沿って第１溝部が形成された溝形成面を有するローターと、前記ローターを収容するローターケースと、前記溝形成面に対向し、貫通孔を有するバレルと、前記ローター又は前記バレルを加熱する第１加熱部と、前記ローターの側面を冷却する冷却機構と、を備え、前記ローターの回転および前記第１加熱部による加熱によって、前記第１溝部と前記バレルとの間に供給された材料を可塑化して前記貫通孔から流出させ、前記ローターの前記側面は、前記第１溝部に前記材料を導出する材料導出口と、前記ローターと前記ローターケースとの間に供給された前記材料を前記材料導出口に送出するための第２溝部と、を有することを特徴とする。
このような形態によれば、ローターの側面に第２溝部が設けられており、第２溝部に供給された材料を、冷却機構によって冷却することができるので、材料をペレットの状態で溝形成面とバレルとの間に安定して供給できる。そのため、材料の射出量が変動することを抑制できる。

（２）上記形態の可塑化装置において、前記冷却機構は、前記ローターケースの内部に設けられてもよい。このような形態であれば、ローターの内部に冷却機構を設けるよりも、簡易な構造とすることができる。

（３）上記形態の可塑化装置において、前記冷却機構は、前記ローターの内部に設けられてもよい。このような形態であれば、ローターの側面を直接的に冷却できるので、冷却効率を高めることができる。

（４）上記形態の可塑化装置において、前記冷却機構は、前記第２溝部に沿って配置されてもよい。このような構成であれば、第２溝部内の材料を効率的に冷却できる。

（５）上記形態の可塑化装置において、前記ローターは、内部に第２加熱部を備え、前記ローターの回転軸に沿った前記バレルから前記第２加熱部までの距離は、前記ローターの回転軸に沿った前記バレルから前記冷却機構までの距離よりも近くてもよい。このような構成であれば、冷却機構によってローターの側面を冷却しつつ、ローターとバレルとの間の材料を第１加熱部と第２加熱部とによって効率的に溶融させることができる。

（６）上記形態の可塑化装置において、前記冷却機構は、第１部分と第２部分とを備え、前記ローターの回転軸に沿った前記バレルから前記第１部分までの距離は、前記ローターの回転軸に沿った前記バレルから前記第２部分までの距離よりも短く、前記冷却機構は、冷媒が流れる冷却流路を備え、前記第１部分における前記冷却流路の密度は、前記第２部分における前記冷却流路の密度よりも高くてもよい。このような構成であれば、ローターの側面のバレルに近い部分を効率的に冷却できる。

（７）上記形態の可塑化装置において、前記冷却機構は、第１部分と第２部分とを備え、前記ローターの回転軸に沿った前記バレルから前記第１部分までの距離は、前記ローターの回転軸に沿った前記バレルから前記第２部分までの距離よりも短く、前記第１部分および前記第２部分は、前記第１部分が冷却する前記ローターの側面部分の温度の方が、前記第２部分が冷却する前記ローターの側面部分の温度よりも、低くなるように個別に制御可能に構成されてもよい。このような構成であれば、ローターの側面のバレルに近い部分を効率的に冷却できる。

（８）上記形態の可塑化装置において、前記冷却機構は、冷媒が流れる冷却流路を備えてもよい。このような構成であれば、冷媒によってローターの側面を冷却できる。

本開示は、上述した可塑化装置としての形態に限らず、三次元造形装置や射出成形装置などの種々の形態として実現できる。

２０…材料供給部、２２…連通路、３０…可塑化部、３１…ローターケース、３２…駆動モーター、４０，４０ｂ，４０ｃ…ローター、４１…第１溝部、４２…第２溝部、４３…材料導出口、４４…凸条部、４５…フライト部、４６…中央部、４７…上面、４８…溝形成面、４９…側面、５０…バレル、５１…蓋部材、５２…スクリュー対向面、５４…案内溝、５６…貫通孔、５８…第１加熱部、６１…ノズル、６２…吐出口、６５…流路、７０…流量調整機構、７１…逆止弁、７４…第１駆動部、７５…吸引部、７６…第２駆動部、８０，８０ｂ〜８０ｅ…冷却機構、８１，８１ｂ…冷却流路、８２…ポンプ、８３…ロータリージョイント、８４…流路形成部材、８５…第３溝部、８６…連通孔、８７…第２加熱部、１００…三次元造形装置、１０１…制御部、１１０，１１０ｄ，１１０ｅ…可塑化装置、２１０…テーブル、２１１…造形面、２３０…移動機構、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、７３１…可動金型、７３２…固定金型、７４０…型締装置、７４１…金型駆動部、７５０…制御部、８０１…第１部分、８０２…第２部分、８２１…第１ポンプ、８２２…第２ポンプ

Claims (10)

1. 駆動モーターによって回転し、回転方向に沿って第１溝部が形成された溝形成面を有するローターと、
   前記ローターを収容するローターケースと、
   前記溝形成面に対向し、貫通孔を有するバレルと、
   前記ローター又は前記バレルを加熱する第１加熱部と、
   前記ローターの側面を冷却する冷却機構と、
   を備え、
   前記ローターの回転および前記第１加熱部による加熱によって、前記第１溝部と前記バレルとの間に供給された材料を可塑化して前記貫通孔から流出させ、
   前記ローターの前記側面は、
   前記第１溝部に前記材料を導出する材料導出口と、
   前記ローターと前記ローターケースとの間に供給された前記材料を前記材料導出口に送出するための第２溝部と、を有する、
   可塑化装置。
2. 請求項１に記載の可塑化装置であって、
   前記冷却機構は、前記ローターケースの内部に設けられている、可塑化装置。
3. 請求項１に記載の可塑化装置であって、
   前記冷却機構は、前記ローターの内部に設けられている、可塑化装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
   前記冷却機構は、前記第２溝部に沿って配置されている、可塑化装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
   前記ローターは、内部に第２加熱部を備え、
   前記ローターの回転軸に沿った前記バレルから前記第２加熱部までの距離は、前記ローターの回転軸に沿った前記バレルから前記冷却機構までの距離よりも短い、可塑化装置。
6. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
   前記冷却機構は、第１部分と第２部分とを備え、
   前記ローターの回転軸に沿った前記バレルから前記第１部分までの距離は、前記ローターの回転軸に沿った前記バレルから前記第２部分までの距離よりも短く、
   前記冷却機構は、冷媒が流れる冷却流路を備え、
   前記第１部分における前記冷却流路の密度は、前記第２部分における前記冷却流路の密度よりも高い、可塑化装置。
7. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
   前記冷却機構は、第１部分と第２部分とを備え、
   前記ローターの回転軸に沿った前記バレルから前記第１部分までの距離は、前記ローターの回転軸に沿った前記バレルから前記第２部分までの距離よりも短く、
   前記第１部分および前記第２部分は、前記第１部分が冷却する前記ローターの側面部分の温度の方が、前記第２部分が冷却する前記ローターの側面部分の温度よりも、低くなるように個別に制御可能に構成される、可塑化装置。
8. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
   前記冷却機構は、冷媒が流れる冷却流路を備える、可塑化装置。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の可塑化装置と、
   前記貫通孔に連通し、可塑化された前記材料をテーブルに向けて吐出するノズルと、
   を備える三次元造形装置。
10. 請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の可塑化装置と、
    前記貫通孔に連通し、可塑化された前記材料を金型に射出するノズルと、
    を備える射出成形装置。

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