JP2015168135A - 三次元物体の製造装置および三次元物体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】使用する樹脂が高分子量のものであっても、溶融成形により三次元物体を容易に製造する。
【解決手段】三次元物体の製造装置は、固形材料を溶融させる溶融部２と、溶融部２を加熱する加熱部３と、溶融部２へ固形材料を圧送するプランジャー４と、固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料を一時的に貯留する貯留部６と、貯留部６の溶融材料を外部に吐出する吐出部（吐出口６１）と、貯留部６の溶融材料を外部へ吐出させるピストン７と、溶融部２、プランジャー４、貯留部６及びピストン７を内部に有するシリンダー８と、積層台と、移動機構と、制御部とを有する。ピストン７は、溶融部２を貫通して貯留部６の溶融材料を吐出部を介して外部へ吐出させるものであり、制御部は、吐出部から吐出される溶融材料が所定の順序およびパターンに基づいて積層台上に積層されるように、移動機構を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、三次元物体の製造装置および三次元物体の製造方法に関する。

三次元物体の製造装置、すなわちいわゆる３Ｄプリンタとしては、インクジェット方式のもの、レーザ光の照射により光硬化性樹脂を硬化させる方式のもの、および、溶融積層を行う方式のものなどがある。

このうち溶融積層を行う方式の装置としては、例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１の装置は、所望のパターンで基材上で凝固する材料の多数の層を順次堆積することによって、所定の形状の三次元物体を製造する。特許文献１の装置では、ロッド状などに形成された固形の材料を徐々に加熱部に供給して溶融させ、溶融材料を得る。

特開平３−１５８２２８号公報

ところで、三次元物体の製造装置において、溶融積層を行う場合、ノズルから容易に滴下できるよう粘度の低い（ＭＦＲで言えば１００以上）樹脂、すなわち低分子量の樹脂を使用する必要がある。このため、溶融積層を行う方式の三次元物体の製造装置は、デザイン確認など意匠的な目的には使用できても、実際に量産される製品の物性評価などの目的への適用は困難である。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、使用する樹脂が高分子量のものであっても、溶融成形により三次元物体を容易に製造することが可能な三次元物体の製造装置および三次元物体の製造方法を提供する。

本発明は、
固形材料を溶融させる溶融部と、
前記溶融部を加熱する加熱部と、
前記溶融部へ前記固形材料を圧送するプランジャーと、
前記溶融部にて前記固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料を一時的に貯留する貯留部と、
前記貯留部と連通し、前記貯留部の前記溶融材料を外部に吐出する吐出部と、
前記貯留部の前記溶融材料を前記吐出部を介して外部へ吐出させるピストンと、
前記溶融部、前記プランジャー、前記貯留部、及び前記ピストンを内部に有するシリンダーと、
前記吐出部から吐出された前記溶融材料が積層される積層台と、
前記吐出部と前記積層台とを相対的に移動させる移動機構と、
前記移動機構の動作制御を行う制御部と、
を有し、
前記ピストンは、前記溶融部を貫通して、前記貯留部の前記溶融材料を前記吐出部を介して外部へ吐出させるものであり、
前記制御部は、前記吐出部から吐出される前記溶融材料が所定の順序およびパターンに基づいて前記積層台上に積層されるように、前記移動機構を制御する三次元物体の製造装置を提供する。

また、本発明は、
固形材料をプランジャーにより溶融部へ圧送する工程と、
前記プランジャーにより圧送された前記固形材料を前記溶融部において加熱して溶融させる工程と、
前記固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料を貯留部において一時的に貯留する工程と、
前記貯留部に一時的に貯留されている前記溶融材料を、前記溶融部を貫通しているピストンによって、前記貯留部と連通している吐出部を介して外部へ吐出させる工程と、
前記吐出部から吐出される前記溶融材料を積層台上に積層させる工程と、
を有し、
前記溶融材料を積層台上に積層させる工程では、前記吐出部から吐出される前記溶融材料が所定の順序およびパターンに基づいて前記積層台上に積層されるように、前記吐出部と前記積層台とを相対的に移動させる三次元物体の製造方法を提供する。

本発明によれば、使用する樹脂が高分子量のものであっても、溶融成形により三次元物体を容易に製造することができる。

第１の実施形態に係る三次元物体の製造装置の材料供給装置の模式図である。 第１の実施形態に係る三次元物体の製造装置の模式図である。 第１の実施形態に係る三次元物体の製造装置の制御ブロック図である。 第２の実施形態に係る三次元物体の製造装置の材料供給装置の模式図である。 第３の実施形態に係る三次元物体の製造装置の材料供給装置の模式図である。 第４の実施形態に係る三次元物体の製造装置の材料供給装置の模式的な断面図である。 第４の実施形態に係る三次元物体の製造装置の材料供給装置のピストンの先端部の構造を示す模式図である。 図８（ａ）は溶融孔の第１の変形例を示す溶融部材の拡大縦断側面図、図８（ｂ）は溶融孔の第２の変形例を示す溶融部材の拡大縦断側面図、図８（ｃ）は溶融孔の第３の変形例を示す溶融部材の拡大縦断側面図である。 ピストンの変形例を示す下面図である。 材料供給装置の変形例を示す模式的な平断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。

〔第１の実施形態〕
図１は第１の実施形態に係る三次元物体の製造装置（図２（ａ））の材料供給装置１００の模式図である。このうち図１（ａ）は材料供給装置１００の模式的な正面断面図、図１（ｂ）は材料供給装置１００の模式的な平断面図、図１（ｃ）はピストン７の先端部の模式的な正面図である。
図２は第１の実施形態に係る三次元物体の製造装置の模式図である。このうち図２（ａ）は三次元物体の製造装置の模式的な正面図、図２（ｂ）は三次元物体の製造装置の移動機構５００のＸ駆動機構５３０およびＹ駆動機構５４０を図２（ａ）の矢印Ａ方向から見た模式的な側面図である。図２（ｂ）において、Ｘ駆動機構５３０およびＹ駆動機構５４０以外の構成は図示を省略している。
図３は第１の実施形態に係る三次元物体の製造装置の制御ブロック図である。

本実施形態に係る三次元物体の製造装置は、固形材料（例えば造粒して得られる樹脂ペレット１や、樹脂を破砕して得られる樹脂チップなどの粒状の固形材料）を溶融させる溶融部２と、溶融部２を加熱する加熱部３と、溶融部２へ固形材料を圧送するプランジャー４と、を有している。三次元物体の製造装置は、更に、溶融部２にて固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料（例えば溶融樹脂５）を一時的に貯留する貯留部６と、貯留部６と連通し、貯留部６の溶融材料を外部に吐出する吐出部（吐出口６１）と、を有している。三次元物体の製造装置は、更に、貯留部６の溶融材料を吐出部を介して外部へ吐出させるピストン７と、溶融部２、プランジャー４、貯留部６、及びピストン７を内部に有するシリンダー８と、を有している。三次元物体の製造装置は、更に、吐出部から吐出された溶融材料が積層される積層台５０１と、吐出部と積層台５０１とを相対的に移動させる移動機構５００と、移動機構５００の動作制御を行う制御部５６１（図３）と、を有している。ピストン７は、溶融部２を貫通して、貯留部６の溶融材料を吐出部を介して外部へ吐出させるものである。制御部５６１は、吐出部から吐出される溶融材料が所定の順序およびパターンに基づいて積層台５０１上に積層されるように、移動機構５００を制御する。
吐出部から吐出された溶融材料が積層台５０１上において所定のパターンで積層されることによって、積層台５０１上に三次元物体（図示略）が成形される。

ここで、三次元物体の製造装置の構成のうち、溶融材料を生成し、この溶融材料を積層台５０１上に吐出する部分を、材料供給装置１００と称する。
以下、材料供給装置１００について詳細に説明する。

図１に示すように、材料供給装置１００は、シリンダー８へ樹脂ペレット１を供給する材料供給部９を有している。材料供給部９は、貯留容器９１と、固形材料供給配管９２と、第１電磁弁９３と、ガス配管９４と、第２電磁弁９５と、を有している。

貯留容器９１は、樹脂ペレット１を貯留している。固形材料供給配管９２は、貯留容器９１とシリンダー８とを連通させており、樹脂ペレット１を貯留容器９１からシリンダー８へ供給する。第１電磁弁９３は、固形材料供給配管９２の出口に設けられている。第１電磁弁９３は、開閉動作によりシリンダー８内への樹脂ペレット１の供給状態と非供給状態との切替を行う他、開度の調整により、シリンダー８内への樹脂ペレット１の供給量の調整を行う。ガス配管９４は、貯留容器９１へＮ_２などの高圧ガスを供給する。貯留容器９１内の樹脂ペレット１は、高圧ガスにより圧送されることによって、固形材料供給配管９２を通してシリンダー８へ供給される。第２電磁弁９５は、ガス配管９４の出口に設けられている。第２電磁弁９５は、開閉動作により貯留容器９１への高圧ガスの供給状態と非供給状態との切替を行う。

なお、シリンダー８には、樹脂ペレット１とともに供給される高圧ガスを排出するためのエアベント（図示略）が形成されている。

プランジャー４は、シリンダー８内へ供給された樹脂ペレット１を溶融部２へ圧送する。プランジャー４は、ピストン７の周囲に配置されている。プランジャー４の横断面形状は、例えば、ドーナツ状であることが挙げられる。

或いは、複数個のプランジャー４がピストン７の周囲に配置されていても良い。例えば、円柱状の複数のプランジャー４が、円周上に並んで配置されていることが挙げられる。

プランジャー４は、樹脂ペレット１を圧送する本体部４１と、本体部４１に対して螺合しているスクリューネジ４２と、このスクリューネジ４２に対してプランジャー用モータ４ａ（図１では不図示：図３参照）の回転力を伝達する回転伝達部４３と、を有している。スクリューネジ４２の長手方向は、プランジャー４の移動方向（例えば上下方向）に延在している。回転伝達部４３は、本体部４１を基準として、溶融部２とは反対側（例えば上側）に配置されている。回転伝達部４３は、図示しないタイミングベルトを介して、プランジャー用モータ４ａの回転軸と連結されている。

モーターが一方向に回転することにより、スクリューネジ４２が一方向に回転し、本体部４１は、樹脂ペレット１を溶融部２へ圧送する方向（例えば下方）に移動する。モーターが逆方向に回転することにより、スクリューネジ４２が逆方向に回転し、本体部４１は、溶融部２から遠ざかる方向（例えば上方）へ移動する。図１に示すように、本体部４１は、第１電磁弁９３を閉塞しない位置まで、溶融部２から遠ざかることができるようになっている。本体部４１がその位置に存在する状態において、材料供給部９からシリンダー８へ樹脂ペレット１が供給される。

プランジャー４は、ピストン７の外周面と、シリンダー８の内周面とにそれぞれ接しており、移動の際に、ピストン７の外周面と、シリンダー８の内周面とにそれぞれガイドされる。

溶融部２は、シリンダー８の内部に形成されている。本実施形態の場合、溶融部２は、シリンダー８の内周面と、ピストン７の外周面と、の間の空隙により構成されている。すなわち、溶融部２は、横断面形状がドーナツ状であり、ピストンの周囲に配置されている。後述する加熱部３により溶融部２の樹脂ペレット１が加熱されて溶融する。

貯留部６は、シリンダー８の内腔領域のうち、溶融部２を基準としてプランジャー４とは反対側に隣接する領域により構成されている。本実施形態の場合、貯留部６は、溶融部２の下側に隣接している。

貯留部６における溶融部２とは反対側の端部には、該貯留部６と連通している吐出口６１が形成されている。吐出口６１は、貯留部６の溶融樹脂５を貯留部６の外部に（具体的には積層台５０１上に）吐出するものである。なお、吐出口６１を含む吐出ノズル６０はシリンダー８の先端部（下端部）に対して着脱可能に設けられて交換可能となっており、吐出ノズル６０を交換することによって吐出口６１のサイズを変更できるようになっていても良い。

ピストン７は、柱状（具体的には、例えば、円柱状）に形成されている。ピストン７から材料（固形材料、溶融材料）に対して加えられるせん断力を極力抑制するために、ピストン７の外周面において材料に接する部位には、凹凸（例えば、一般的なスクリューにおける溝のような凹凸）が形成されていないことが好ましい。ただし、必要に応じて、ピストン７の外周面において材料に接する部位に、凹凸が形成されていても良く、せん断の低減は必須ではない。ピストン７は、その一部分がシリンダー８内に配置され、他の一部分はシリンダー８の外部に突出している。例えば、ピストン７の上部は、シリンダー８の上端より上方に突出している。

ピストン７は、例えば、その上部が保持部材７２に対して螺合することによって、該保持部材７２により保持されている。すなわち、ピストン７の上部には、雄ネジ部７１が形成され、この雄ネジ部７１は、保持部材７２に形成された雌ネジ部７３と螺合している。

更に、ピストン７は、保持部材７２よりも上方において、油圧シリンダ１９（図１では不図示：図３参照）に連結されている。この油圧シリンダ１９により、ピストン７は、該ピストン７の軸心方向に移動させられる。油圧シリンダ１９とピストン７とは、ピストン７がその軸周りに回転可能なように、相互に連結されている。また、上記のように、ピストン７は、保持部材７２に対して螺合することによって、保持部材７２により保持されている。このため、油圧シリンダ１９がピストン７をその軸方向に移動させることにより、ピストン７は保持部材７２に対して相対的に回転するようになっている。

油圧シリンダ１９がピストン７を貯留部６側へ押圧することにより、すなわち油圧シリンダ１９がピストン７を下降させることにより、ピストン７は、一方向に回転しながら、貯留部６内に進入し、貯留部６の溶融樹脂５を吐出口６１より押し出す。

なお、ここでは、ピストン７が軸周りに回転する例を説明したが、ピストン７は、軸周りに回転せずに、油圧シリンダ１９により軸方向に直線移動しても良い。この場合、ピストン７は油圧シリンダ１９により保持されている構成とすることができ、ピストン７の雄ネジ部７１が不要であるとともに、雌ネジ部７３を含む保持部材７２が不要である。
また、ここでは、油圧シリンダ１９によってピストン７を軸方向に移動させるときに、ピストン７の雄ネジ部７１が保持部材７２の雌ネジ部７３に対して回転する例を説明したが、この例に限らない。例えば、ピストン７を図示しないモーターにより軸周りに回転させることによって、ピストン７の雄ネジ部７１が保持部材７２の雌ネジ部７３に対して回転しながら、ピストン７が軸方向に直線移動するようにしても良い。

ここで、本実施形態の場合、ピストン７において、少なくとも貯留部６に進入する部位の外径は、貯留部６の内径と等しい。このため、貯留部６内の樹脂を効率的に吐出口６１を介して外部へ吐出させることができる。具体的には、ピストン７の外径は、その先端のテーパー形状部を除き一定となっている。

一方、油圧シリンダ１９がピストン７を上昇させることにより、ピストン７は、逆方向に回転しながら、貯留部６より引き抜かれ、元の位置に戻る（図１）。

加熱部３は、例えば、シリンダー８における溶融部２の周囲に配置されている第１ヒータ３１と、ピストン７に組み込まれている第２ヒータ３２と、を有している。第２ヒータ３２は、ピストン７に内蔵されていても良いし、第２ヒータ３２の表面の一部がピストン７から露出していても良い。

第１ヒータ３１は、例えば、バンドヒータ、カートリッジヒータ、又はＩＨ（インダクションヒーティング）ヒータである。また、第２ヒータ３２は、例えば、カートリッジヒータである。

このうちＩＨヒータについて説明する。ＩＨヒータは、溶融部２を誘導加熱する電磁誘導装置である。ＩＨヒータは、樹脂又はセラミック製の断熱材コイルボビンにＩＨ（インダクションヒーティング）コイルを巻くことにより構成されている。ＩＨコイルへ交流電力を入力することにより、溶融部２の配置領域における磁束が変化し、シリンダー８において溶融部２の周囲に位置する部分の内部に生じる渦電流により、当該部分にジュール熱が生じる。すなわち、シリンダー８における溶融部２の周囲の部分が発熱する。シリンダー８における溶融部２の周囲の部分は、ＩＨヒータによる加熱によって、樹脂ペレット１の溶融温度以上の温度に加熱される。

シリンダー８は、その横断面形状が円形である。シリンダー８において、溶融部２を基準として、貯留部６とは反対側の部分は、一定の径に形成されている。

一方、溶融部２は、例えば、貯留部６側に向けてテーパー状に縮径している。ここで、直線的なテーパー状に限らず、曲線的なテーパー状でも良い。図１に示すように、テーパー状に且つ段階的に縮径していても良い。また、溶融部２は、貯留部６側に向けて階段状に縮径していても良い。つまり、溶融部２は、貯留部６側に向けて、徐々に横断面積が小さくなっている。

ここで、溶融部２内の材料の温度は、溶融部２の入り口側から、出口側（貯留部６側）に向けて、徐々に高温となるようになっている。
上記のように溶融部２の横断面積が貯留部６側に向けて徐々に小さくなっているため、例えば、加熱部３による溶融部２内の材料の加熱能力を位置によらず均一に設定することにより、このような温度勾配を実現できる。

溶融部２内の樹脂ペレット１は、溶融部２の出口側に近づくにつれて徐々に溶融して小さくなり、最終的に溶融樹脂５となる。この溶融樹脂５は、ピストン７の外周面とシリンダー８の内周面との間隙を通して、溶融部２から貯留部６へ流出する。

ここで、ピストン７とシリンダー８との隙間を通して溶融樹脂５が溶融部２から貯留部６へ流れ込みやすいように、ピストン７の先端部の外周面には、図１（ｃ）に示すように溝７４が形成されていることが好ましい。この溝７４は、ピストン７の軸心方向に延在している。

図１０（ａ）は第１の実施形態に係る材料供給装置１００の変形例を示す模式的な平断面図である。
シリンダー８とピストン７の間に形成される溶融部２は、空洞でも良いが、図１０（ａ）に示すように、シリンダー８の内面よりピストン７側に向けて突出し且つ鉛直に延在する１つ又は複数の仕切り板１８によって、水平方向において複数の領域に仕切られていても良い。仕切り板１８は、シリンダー８の内面によって片持ち式に支持される。また、ピストン７の動作を阻害しないように、ピストン７と仕切り板１８との間にクリアランスを設ける。仕切り板１８はシリンダー８およびピストン７からの伝熱により加温されるため、樹脂ペレット１に熱がより伝わり易くなり、樹脂ペレット１を効率的に溶解できる。またシリンダー８と仕切り板１８との少なくとも何れか一方の表面に凹凸を形成し、シリンダー８と仕切り板１８との少なくとも何れか一方と樹脂ペレット１との接触面積を増やしても良い。

また、例えば、貯留部６の先端部は、吐出口６１側に向けて、テーパー状に縮径している。これに合わせて、ピストン７の先端部は、テーパー状の突起形状に形成されていることも好ましい。これにより、貯留部６の溶融樹脂５を一層効率的に射出することができる。

材料供給装置１００は、更に、貯留部６の周囲に配置されたヒータ１２を更に有している。これにより、貯留部６内の溶融樹脂５が固化してしまうことを抑制し、貯留部６内の溶融樹脂５を流動状態に維持することができるようになっている。

材料供給装置１００は、更に、当該材料供給装置１００における溶融部２の入口（例えば上端部）の近傍の部分を冷却する冷却部１１を有している。これにより、溶融部２の入口の近傍で樹脂ペレット１が溶融してしまうことを抑制できる。その結果、溶融した樹脂がプランジャー４に付着してしまうことを抑制できる。

シリンダー８の材料としては、鉄、ステンレス、アルミ等の金属であることが挙げられるが、熱伝導度の観点からは、銅またはベリリウム銅が好ましい。ピストン７の材料としては、窒化鋼、耐摩耗性及び耐食性のある硬化処理されたクロム（Ｃｒ）鋼、ステンレス等の金属であることが挙げられる。ただし、ピストン７の材料は、これらに限定されるものではなく、必要とされる耐熱性、耐久性（耐摩耗性）、耐腐食性を満たすものであれば、どのような材料のものであってもかまわない。プランジャー４の材料は、ピストン７と同様である。

以上のような材料供給装置１００は、樹脂ペレット１を溶融させることによって溶融材料を生成し、該溶融材料を吐出口６１から積層台５０１上へ吐出する。
なお、吐出口６１からの溶融材料の吐出速度は、吐出口６１のサイズ、溶融材料の温度、ピストン７を下方に移動させる移動速度などにより調節される。また、吐出口６１から溶融材料が吐出される状態と、その吐出が停止された状態と、の切り替えは、ピストン７を下方に移動させる状態と、ピストン７の下方への移動を停止させた状態と、を後述する制御部５６１によって切り替えることにより行うことができる。
材料供給装置１００の寸法は、特に限定されないが、一例として５０ｃｍ以下程度のコンパクトなものとすることができる。

次に、移動機構５００について詳細に説明する。

図２に示すように、移動機構５００は、例えば、吐出口６１の下方に配置された積層台５０１を支持するステージ５０２と、ステージ５０２を鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動させるＺ駆動機構５２０と、ステージ５０２を水平方向における第１の方向（Ｘ軸方向）に移動させるＸ駆動機構５３０と、ステージ５０２を水平方向における第２の方向（Ｘ軸方向に対して直交するＹ軸方向）に移動させるＹ駆動機構５４０と、基台５５０と、を備えている。

Ｙ駆動機構５４０は、基台５５０上に設けられたＹ駆動アクチュエータ５４１と、Ｙ駆動アクチュエータ５４１と対向する配置で基台５５０上に設けられた保持ブラケット５４５（図２（ｂ））と、Ｙ駆動アクチュエータ５４１と保持ブラケット５４５との間に水平に保持されている駆動ネジ５４２と、を備えている。駆動ネジ５４２は、当該駆動ネジ５４２の軸周りに回転可能な状態で保持されている。駆動ネジ５４２の長手軸は、Ｙ軸方向に延在している。Ｙ駆動アクチュエータ５４１は、モータ等により構成され、駆動ネジ５４２を軸周りに回転駆動させる。Ｙ駆動機構５４０は、更に、Ｙ駆動アクチュエータ５４１と保持ブラケット５４５との間において駆動ネジ５４２と螺合しているＹ移動ブロック５４３と、Ｙ移動ステージ５４８と、を備えている。Ｙ移動ブロック５４３は、Ｙ移動ステージ５４８の下面に固定されている。Ｙ駆動機構５４０は、更に、駆動ネジ５４２と平行に配置されたガイド軸５４４と、このガイド軸５４４の両端を保持している一対の保持ブラケット５４７と、Ｙ移動ガイドブロック５４６と、を備えている。一対の保持ブラケット５４７の各々は、基台５５０上に固定されている。Ｙ移動ガイドブロック５４６は、一対の保持ブラケット５４７の間に配置されているとともに、Ｙ移動ガイドブロック５４６にはガイド軸５４４が挿通されている。これにより、Ｙ移動ガイドブロック５４６はガイド軸５４４に沿って移動可能となっている。Ｙ移動ガイドブロック５４６は、Ｙ移動ステージ５４８の下面に固定されている。Ｙ駆動アクチュエータ５４１が駆動ネジ５４２を軸周りにおいて順方向に回転駆動させることにより、Ｙ移動ブロック５４３は駆動ネジ５４２に沿ってＹ軸方向における一方向に移動する。また、Ｙ駆動アクチュエータ５４１が駆動ネジ５４２を軸周りにおいて逆方向に回転駆動させることにより、Ｙ移動ブロック５４３は、駆動ネジ５４２に沿ってＹ軸方向における上記一方向に対する反対方向に移動する。Ｙ移動ブロック５４３の移動に伴い、Ｙ移動ステージ５４８およびＹ移動ガイドブロック５４６も、Ｙ軸方向における一方向又は反対方向へ、基台５５０に対して相対的に移動する。ここで、Ｙ移動ステージ５４８の下面に固定されたＹ移動ブロック５４３およびＹ移動ガイドブロック５４６が、互いに平行且つ各々水平に配置された駆動ネジ５４２およびガイド軸５４４に沿ってそれぞれ移動するため、Ｙ移動ステージ５４８は、水平に維持された状態で、Ｙ軸方向における一方向又は反対方向へ、基台５５０に対して相対的に移動する。

Ｘ駆動機構５３０は、Ｙ移動ステージ５４８上に設けられたＸ駆動アクチュエータ５３１と、Ｘ駆動アクチュエータ５３１と対向する配置でＹ移動ステージ５４８上に設けられた保持ブラケット５３５と、Ｘ駆動アクチュエータ５３１と保持ブラケット５３５との間に水平に保持されている駆動ネジ５３２と、を備えている。駆動ネジ５３２は、当該駆動ネジ５３２の軸周りに回転可能な状態で保持されている。駆動ネジ５３２の長手軸は、Ｘ軸方向に延在している。Ｘ駆動アクチュエータ５３１は、モータ等により構成され、駆動ネジ５３２を軸周りに回転駆動させる。Ｘ駆動機構５３０は、更に、Ｘ駆動アクチュエータ５３１と保持ブラケット５３５との間において駆動ネジ５３２と螺合しているＸ移動ブロック５３３と、Ｘ移動ステージ５３８と、を備えている。Ｘ移動ブロック５３３は、Ｘ移動ステージ５３８の下面に固定されている。Ｘ駆動機構５３０は、更に、駆動ネジ５３２と平行に配置されたガイド軸５３４と、このガイド軸５３４の両端を保持している一対の保持ブラケット５３７と、Ｘ移動ガイドブロック５３６と、を備えている。一対の保持ブラケット５３７の各々は、Ｙ移動ステージ５４８上に固定されている。Ｘ移動ガイドブロック５３６は、一対の保持ブラケット５３７の間に配置されているとともに、Ｘ移動ガイドブロック５３６にはガイド軸５３４が挿通されている。これにより、Ｘ移動ガイドブロック５３６はガイド軸５３４に沿って移動可能となっている。Ｘ移動ガイドブロック５３６は、Ｘ移動ステージ５３８の下面に固定されている。Ｘ駆動アクチュエータ５３１が駆動ネジ５３２を軸周りにおいて順方向に回転駆動させることにより、Ｘ移動ブロック５３３は駆動ネジ５３２に沿ってＸ軸方向における一方向に移動する。また、Ｘ駆動アクチュエータ５３１が駆動ネジ５３２を軸周りにおいて逆方向に回転駆動させることにより、Ｘ移動ブロック５３３は、駆動ネジ５３２に沿ってＸ軸方向における上記一方向に対する反対方向に移動する。Ｘ移動ブロック５３３の移動に伴い、Ｘ移動ステージ５３８およびＸ移動ガイドブロック５３６もＸ軸方向における一方向又は反対方向へ、Ｙ移動ステージ５４８に対して相対的に移動する。ここで、Ｘ移動ステージ５３８の下面に固定されたＸ移動ブロック５３３およびＸ移動ガイドブロック５３６が、互いに平行且つ各々水平に配置された駆動ネジ５３２およびガイド軸５３４に沿ってそれぞれ移動するため、Ｘ移動ステージ５３８は、水平に維持された状態で、Ｘ軸方向における一方向又は反対方向へ、Ｙ移動ステージ５４８に対して相対的に移動する。

Ｚ駆動機構５２０は、Ｘ移動ステージ５３８と対向する配置でＸ移動ステージ５３８の上方に配置された対向保持体５２５と、Ｘ移動ステージ５３８と対向保持体５２５との間に保持されている駆動ネジ５２２およびガイド軸５２４と、を備えている。駆動ネジ５２２およびガイド軸５２４は、各々の長手軸方向がＺ軸方向（鉛直方向）となるように互いに平行に配置されている。駆動ネジ５２２は、当該駆動ネジ５２２の軸周りに回転可能となるように、Ｘ移動ステージ５３８および対向保持体５２５により保持されている。対向保持体５２５は、ガイド軸５２４を介してＸ移動ステージ５３８により支持されている。なお、Ｘ移動ステージ５３８が対向保持体５２５を支持するための部材として、ガイド軸５２４以外の支持体を更に備えていても良い。Ｚ駆動機構５２０は、更に、Ｚ移動ブロック５２３と、Ｚ移動ブロック５２３より立設されてた支持体５２６と、Ｚ駆動アクチュエータ５２１と、を備えている。Ｚ移動ブロック５２３は、Ｘ移動ステージ５３８と対向保持体５２５との間において駆動ネジ５２２と螺合している。更に、Ｚ移動ブロック５２３にはガイド軸５２４が挿通されている。Ｚ駆動アクチュエータ５２１は、モータ等により構成され、駆動ネジ５２２を軸周りに回転駆動させる。Ｚ駆動アクチュエータ５２１が駆動ネジ５２２を軸周りにおいて順方向に回転駆動させることにより、Ｚ移動ブロック５２３は、ガイド軸５２４によりガイドされつつ、駆動ネジ５２２に沿って上方に移動する。また、Ｚ駆動アクチュエータ５２１が駆動ネジ５２２を軸周りにおいて逆方向に回転駆動させることにより、Ｚ移動ブロック５２３は、ガイド軸５２４によりガイドされつつ、駆動ネジ５２２に沿って下方に移動する。支持体５２６は、対向保持体５２５よりも上方においてステージ５０２を水平に支持している。Ｚ移動ブロック５２３の上下動に伴い、支持体５２６、ステージ５０２および積層台５０１も上下動する。

なお、基台５５０に対するステージ５０２の移動は、基台５５０に対するＹ移動ステージ５４８の水平移動と、Ｙ移動ステージ５４８に対するＸ移動ステージ５３８の水平移動と、Ｘ移動ステージ５３８に対するステージ５０２の上下動と、を合成したものとなる。
ステージ５０２上には積層台５０１が設けられているため、基台５５０に対して相対的にステージ５０２をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動させることによって、積層台５０１を基台５５０に対して相対的にＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動させることができる。

更に、三次元物体の製造装置は、基台５５０上に立設された支持体５０５と、この支持体５０５によって支持された保持ブラケット５０６と、を備え、保持ブラケット５０６により材料供給装置１００が保持されている。ここで、材料供給装置１００は、吐出口６１が積層台５０１の上方、且つ、積層台５０１の近傍に位置するように、保持ブラケット５０６によって固定的に保持されている。

したがって、積層台５０１を所定の動作パターンで基台５５０に対して相対的に移動させることによって、吐出口６１に対して相対的に、積層台５０１をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向へ、任意に移動させることができる。

図３に示すように、三次元物体の製造装置は、制御部５６１を備えている。制御部５６１は、プランジャー用モータ４ａ、油圧シリンダ１９、第１ヒータ３１、第２ヒータ３２、ヒータ１２、第１電磁弁９３、第２電磁弁９５、Ｘ駆動アクチュエータ５３１、Ｙ駆動アクチュエータ５４１、Ｚ駆動アクチュエータ５２１等の動作制御を行う。制御部５６１は、吐出口６１から吐出される溶融材料が所定の順序およびパターンに基づいて積層台５０１上に積層されるように、Ｘ駆動アクチュエータ５３１、Ｙ駆動アクチュエータ５４１およびＺ駆動アクチュエータ５２１を制御する。

なお、吐出口６１から飛散した溶融材料が三次元物体の製造装置の周囲へと飛散してしまうことを抑制するため、三次元物体の製造装置は、材料供給装置１００および移動機構５００を収容する筐体（図示略）を備えていることが好ましい。

次に、本実施形態に係る三次元物体の製造方法を説明する。

本実施形態に係る三次元物体の製造方法は固形材料をプランジャー４により溶融部２へ圧送する工程と、プランジャー４により圧送された固形材料を溶融部２において加熱して溶融させる工程と、固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料を貯留部６において一時的に貯留する工程と、貯留部６に一時的に貯留されている溶融材料を溶融部２を貫通しているピストン７によって貯留部６と連通している吐出部を介して外部へ吐出させる工程と、吐出部から吐出される溶融材料を積層台５０１上に積層させる工程と、を有する。溶融材料を積層台５０１上に積層させる工程では、吐出部から吐出される溶融材料が所定の順序およびパターンに基づいて積層台５０１上に積層されるように、吐出部と積層台５０１とを相対的に移動させる。
以下、詳細に説明する。

先ず、材料供給装置１００においては、固形材料を、貯留容器９１から固形材料供給配管９２を通して、シリンダーへ供給する。

ここで、固形材料としては、例えば、熱可塑性樹脂を用いることができる。この熱可塑性樹脂としては種々のものを用いることができ、たとえば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ポリアセタール、ポリスチレン、スチレン系共重合体、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイド、ポリ塩化ビニルが用いられる。
すなわち、固形材料は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ポリアセタール、ポリスチレン、スチレン系共重合体、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイドおよびポリ塩化ビニルからなる群より選択される少なくとも１種の樹脂を含む。
ポリオレフィンとして具体的には、エチレン系重合体、プロピレン系重合体、ブテン系重合体、４−メチル−１−ペンテン系重合体、３−メチル−１−ブテン系重合体、ヘキセン系重合体などが挙げられる。
ポリエステルとして具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート等の芳香族系ポリエステル；ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシブチレートなどを挙げることができる。
ポリ（メタ）アクリル酸エステルとして具体的には、メチル（メタ）アクリレート、ポリエチル（メタ）アクリレート、ポリプロピル（メタ）アクリレート、ポリｎ−ブチル（メタ）アクリレート、ポリイソブチル（メタ）アクリレート、ポリｔｅｒｔ− ブチル（メタ）アクリレート、ポリ２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ポリステアリル（メタ）アクリレート、ポリトリデシル（メタ）アクリレート、ポリラウロイル（メタ）アクリレート、ポリシクロヘキシル（メタ）アクリレート、ポリベンジル（メタ）アクリレート、ポリフェニル（メタ）アクリレート、ポリジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ポリジエチルアミノエチル（メタ）アクリレートなどを挙げることができる。
ポリアセタールとして具体的には、ポリホルムアルデヒド（ポリオキシメチレン）、ポリアセトアルデヒド、ポリプロピオンアルデヒド、ポリブチルアルデヒドなどを挙げることができる。
スチレン系共重合体として具体的には、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体（ＡＢＳ）などを挙げることができる。
ポリカーボネートとしては、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）ブタンなどから得られるポリマーを挙げることができる。
ポリフェニレンオキシドとしては、ポリ（２，６−ジメチル−１，４−フェニレンオキシド）などを挙げることができる。
固形材料は、上述のように、例えば樹脂ペレット１や樹脂チップなどの形態のものとすることができる。

次に、固形材料をプランジャー４により溶融部２へ圧送する。
次に、プランジャー４により圧送された固形材料を溶融部２において加熱して溶融させる。
次に、固形材料を溶融させることにより得られた溶融樹脂５を貯留部６において一時的に貯留する。
次に、貯留部６に一時的に貯留されている溶融樹脂５を、溶融部２を貫通しているピストン７によって、吐出口６１を介して、貯留部６の外部の積層台５０１上へ吐出させる。

吐出口６１から積層台５０１へ溶融樹脂５を吐出しつつ、製造すべき三次元物体の形状と対応する動作パターンで積層台５０１を移動させることにより、溶融樹脂５からなる層を、所定の順序およびパターンに基づいて積層台５０１上に積層し、該積層台５０１上に任意の形状の三次元物体を成形することができる。

ここで、制御部５６１には、製造すべき三次元物体の形状と対応するパラメータが予め入力されるようになっており、制御部５６１は、このパラメータに従って、移動機構５００の動作を制御する。これにより、溶融樹脂５が、所定の順序及びパターンで積層台５０１上に積層されて、所望の形状の三次元物体が作製される。

以上のような第１の実施形態によれば、三次元物体の製造装置は、固形材料を溶融させる溶融部２と、溶融部２を加熱する加熱部３と、溶融部２へ固形材料を圧送するプランジャー４と、溶融部２にて固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料を一時的に貯留する貯留部６と、貯留部６の溶融材料を外部に吐出する吐出部と、貯留部６の溶融材料を吐出部を介して外部へ吐出させるピストン７と、溶融部２、プランジャー４、貯留部６、及びピストン７を内部に有するシリンダー８と、吐出部から吐出された溶融材料が積層される積層台５０１と、吐出部と積層台５０１とを相対的に移動させる移動機構５００と、移動機構５００の動作制御を行う制御部５６１と、を有している。そして、ピストン７は、溶融部２を貫通して、貯留部６の溶融材料を吐出部を介して外部へ吐出させる。また、制御部５６１は、吐出部から吐出される溶融材料が所定の順序およびパターンに基づいて積層台５０１上に積層されるように、移動機構５００を制御する。

このような構成の三次元物体の製造装置によれば、ピストン７により貯留部６の溶融材料を吐出するので、固形材料として使用する樹脂が高分子量のものであっても、溶融成形により三次元物体を容易に製造することができる。このため、高分子量の樹脂を用いて三次元物体を製造することにより、当該三次元物体を、デザイン確認など意匠的な目的に使用できることは勿論、実際に量産される製品の物性評価などの目的にも好適に用いることができる。

なお、特許文献１の技術では、固形のロッド材料（またはストランド材料）を徐々に加熱部に向けて漸進させることによって供給し、溶融材料を得る必要があるため、固形材料の搬送動作と溶融材料の吐出動作（ＸＹＺ駆動など）との同期制御が複雑且つ難易度が高いものとなると思われる。一方、本実施形態の技術では、溶融部２にて生成された溶融材料を貯留部６にて一時的に貯留し、この貯留された溶融材料をピストン７による圧送により吐出部から積層台５０１上に吐出して積層するため、溶融部２への固形材料の供給動作と、貯留部６からの溶融材料の吐出動作との同期制御の精度が緩くても良い。

また、プランジャー４により固形の樹脂ペレット１を溶融部２へ圧送し、且つ、貯留部６の溶融樹脂５をピストン７により貯留部６の外部へ圧送する。よって、スクリュータイプの場合におけるような、せん断による材料の分解を抑制することができる。また、ピストン７は、溶融部２を貫通して、貯留部６の溶融樹脂５を圧送するので、プランジャー４及び溶融部２を収容するシリンダー８と、ピストン７を収容するシリンダー８とを共通化することができる。よって、材料供給装置１００の大型化を抑制することができる。よって、せん断による材料の分解と、装置の大型化とを抑制することができる。

また、本実施形態に係る三次元物体の製造装置によって得られる成形体すなわち三次元物体は、溶融に伴う熱履歴が少ないため、優れた物性を有することが期待され、特に剛性、表面硬度および耐衝撃強度などに優れることが期待される。

また、溶融部２は、横断面形状がドーナツ状であり、ピストン７の周囲に配置されている。このような構造により、ピストン７が溶融部２を貫通して貯留部６の溶融材料を圧送する構成を実現することができる。

また、ピストン７の先端部の外径が、貯留部６の内径と等しいことにより、貯留部６の溶融樹脂５を効率的に射出することができる。

ピストン７が回転しながら軸方向に移動することにより、固形材料として使用する樹脂が高分子量のものであっても、ピストン７に対する溶融樹脂５の付着を抑制することができる。

また、加熱部３は、溶融部２の周囲に配置されている第１ヒータ３１を有しているだけでなく、ピストン７に組み込まれている第２ヒータ３２を有している。これにより、溶融部２内の材料を外側及び内側の双方から効率的にスムーズに加熱溶融させることができる。

また、材料供給装置１００は、当該材料供給装置１００における溶融部２の入口側の近傍の部分を冷却する冷却部１１を有している。これにより、溶融部２の入り口側の近傍の部分での樹脂ペレット１の溶融を抑制し、プランジャー４に溶融樹脂５が付着してしまうことを抑制することができる。

〔第２の実施形態〕
図４は第２の実施形態に係る三次元物体の製造装置の材料供給装置２００の模式図である。このうち図４（ａ）は材料供給装置２００の模式的な正面断面図、図４（ｂ）は材料供給装置２００の模式的な平断面図である。

本実施形態に係る三次元物体の製造装置は、材料供給装置１００の代わりに材料供給装置２００を備えている点で、上記の第１の実施形態に係る三次元物体の製造装置と相違し、その他の点では、上記の第１の実施形態に係る三次元物体の製造装置と同様に構成されている。

材料供給装置２００は、以下に説明する点で、上記の第１の実施形態に係る三次元物体の製造装置の材料供給装置１００と相違し、その他の点では、材料供給装置１００と同様に構成されている。

本実施形態の場合、シリンダー８の内側に、筒状の内筒部８１が配置されている。この内筒部８１は、シリンダー８に固定されている。図４では、内筒部８１とシリンダー８とが、それらの上端部において相互に固定されている例を示しているが、内筒部８１とシリンダー８とは、例えば、溶融部２において、部分的に（材料を通過可能な状態で）、相互に固定されていても良いし、溶融部２よりも上方の部位において、部分的に、相互に固定されていても良い。図４では内筒部８１の径が一定で、シリンダー８がテーパー形状である態様を示しているが、逆の形状すなわちシリンダー８を一定径とし、内筒部８１をテーパー形状としても良い。より具体的には、溶融部２の横断面積が貯留部６側に向けて小さくなるように、内筒部８１を貯留部６側に向けて拡径することができる。この場合シリンダー８がストレート形状なので第１ヒータ３１を取り付けやすい利点がある。

内筒部８１は、例えば、溶融部２の出口側部分（下端部）から、シリンダー８における吐出口６１とは反対側の端部に亘って延在している。

図１０（ｂ）は材料供給装置２００の変形例を示す模式的な平断面図である。
シリンダー８と内筒部８１との間に形成される溶融部２は、空洞でも良いが、図１０（ｂ）に示すように、鉛直に配置された仕切り板１８によって、水平方向において複数の領域に仕切られていても良い。本実施形態の場合、仕切り板１８は、シリンダー８の内面から内筒部８１の外面に亘って架設する。仕切り板１８はシリンダー８および内筒部８１からの伝熱により加温されるため、樹脂ペレット１と熱源との接触面積が増えて、樹脂ペレット１に熱がより伝わり易くなり、樹脂ペレット１を効率的に溶解できる。またシリンダー８、内筒部８１および仕切り板１８のうちの少なくとも何れか１つ以上の表面に凹凸を形成し、これらの少なくとも何れか１つ以上と樹脂ペレット１との接触面積を増やしても良い。

本実施形態の場合、溶融部２は、内筒部８１の下部における外周面と、シリンダー８の内周面と、の間の空隙により構成されている。
内筒部８１の下端付近には、シリンダー８と内筒部８１との間に、溶融樹脂５の流動方向を一方向に規制する図示しない逆止弁を設けても良い。ピストン７の下降に伴い、貯留部６内の溶融樹脂５を溶融部２の方向（図４の上方向）に押し戻そうとする圧がかかるが、逆止弁により溶融樹脂５の逆流を防止することができる。

内筒部８１の下部における内側には、第３ヒータ３３が設けられている。第３ヒータ３３は、例えば、バンドヒータ、カートリッジヒータ、又はＩＨヒータである。

なお、本実施形態の場合、ピストン７に第２ヒータ３２（図１）が組み込まれていなくても良いし、組み込まれていても良い。
前者の場合、第３ヒータ３３が第２ヒータ３２の代わりに溶融部２を内側から加熱する。後者の場合、第３ヒータ３３が第２ヒータ３２とともに溶融部２を内側から加熱する。

また、本実施形態の場合、内筒部８１の内側にピストン７の一部分が配置されている。

更に、内筒部８１は、上記の第１の実施形態における保持部材７２の機能を兼ねる。すなわち、内筒部８１は、例えば、その上部の内周面に雌ネジ部８２が形成されており、この雌ネジ部８２に対して、ピストン７の雄ネジ部７１が螺合している。

内筒部８１の材料としては、鉄、ステンレス、アルミ等の金属であることが挙げられるが、熱伝導度の観点からは、銅またはベリリウム銅が好ましい。

本実施形態の場合、溶融樹脂５は、例えば、内筒部８１の外周面とシリンダー８の内周面との間隙を通して、溶融部２から貯留部６へ流出する。

ここで、具体的な動作の例を説明する。先ず、プランジャー４により固形の樹脂ペレット１を溶融部２へ圧送する。溶融部２にて溶融した樹脂すなわち溶融樹脂５は貯留部６へと送られる。ピストン７を前進（図の下方へ移動）させることにより必要量の溶融樹脂５を吐出口６１から吐出させる。吐出後にピストン７を後退（図では上方へ移動）させることにより、貯留部６が負圧となるため、溶融部２の溶融樹脂５が貯留部６の方へ引きこまれることになる。すなわち、ピストン７の後退動作により貯留部６への溶融樹脂充填が促進され、成形サイクルを効率的に行うことができる利点が得られる。

以上のような第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

〔第３の実施形態〕
図５は第３の実施形態に係る三次元物体の製造装置の材料供給装置３００の模式図である。このうち図５（ａ）は材料供給装置３００の模式的な正面断面図、図５（ｂ）は材料供給装置３００の模式的な平断面図である。

本実施形態に係る三次元物体の製造装置は、材料供給装置１００の代わりに材料供給装置３００を備えている点で、上記の第１の実施形態に係る三次元物体の製造装置と相違し、その他の点では、上記の第１の実施形態に係る三次元物体の製造装置と同様に構成されている。

材料供給装置３００は、以下に説明する点で、上記の第２の実施形態に係る三次元物体の製造装置の材料供給装置２００と相違し、その他の点では、材料供給装置２００と同様に構成されている。

材料供給装置３００は、材料を加熱する溶融部材１５を溶融部２内に有している。溶融部材１５は、横断面形状がドーナツ状のものであり、内筒部８１の外周面と、シリンダー８の内周面と、の間に固定されている。

溶融部材１５には、材料を上流側から下流側へ通過させる多数の（複数の）溶融孔１６が、溶融部材１５の上端から下端に向けて貫通して形成されている。溶融孔１６の各々は、例えば、錐台状（例えば円錐台状）などのテーパー形状であることが挙げられるが、テーパーを持たないストレート形状であっても良い。また、溶融孔１６には、段差部や湾曲部が形成されていても良い。溶融部材１５の材料としては、鉄、ステンレス、アルミ等の金属であることが挙げられるが、熱伝導度の観点からは、銅またはベリリウム銅が好ましい。

なお、溶融部材１５を配置する都合上、本実施形態の場合、シリンダー８は、溶融部２の配置領域において、テーパー状に縮径しておらず、ストレート状に形成されている。
ピストン７の下降に伴い、貯留部６内の溶融樹脂５を溶融部２の方向に押し戻そうとする圧がかかる。これを防止するため、溶融部材１５の下端付近に、図示しない逆止弁を設けても良い。

本実施形態の場合、樹脂ペレット１は、プランジャー４により溶融孔１６内に圧送され、溶融孔１６を通過する際に次第に細径化し、最終的には溶融孔１６内において溶融樹脂５となる。

以上のような第３の実施形態によっても、第１または第２の実施形態と同様の効果が得られる。

〔第４の実施形態〕
図６は第４の実施形態に係る三次元物体の製造装置の材料供給装置４００の模式的な正面断面図である。
図７は材料供給装置４００のピストン７の先端部の構造を示す模式図である。このうち図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線に沿った平断面図、図７（ｄ）は下面図である。図７（ｂ）及び図７（ｄ）は、開閉部１７０が閉状態となっているときの状態を示し、図７（ｃ）は、開閉部１７０が開状態となっているときの状態を示す。

本実施形態に係る三次元物体の製造装置は、材料供給装置１００の代わりに材料供給装置３００を備えている点で、上記の第３の実施形態に係る三次元物体の製造装置と相違し、その他の点では、上記の第３の実施形態に係る三次元物体の製造装置と同様に構成されている。

材料供給装置４００は、以下に説明する点で、上記の第３の実施形態に係る三次元物体の製造装置の材料供給装置３００と相違し、その他の点では、材料供給装置３００と同様に構成されている。

上記の第１乃至第３の実施形態では、ピストン７の外径が貯留部６の内径と等しい例を説明したが、本実施形態の場合、ピストン７は、柱状（例えば円柱状）の本体部７００と、本体部７００の先端に設けられた開閉部１７０と、を有している。
本体部７００の外径は、貯留部６の内径よりも小さい。
その代わり、開閉部１７０は、貯留部６の横断面を閉塞する閉状態と、閉塞しない開状態と、に切り替わり可能に構成されており、ピストン７により貯留部６の溶融樹脂５を圧送する時に、開閉部１７０が閉状態となるようになっている。

図７に示すように、開閉部１７０は、それぞれ扇状に形成された複数枚の羽根部を有している。開閉部１７０は、例えば、８枚の羽根部１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７、１７８を有している。各羽根部１７１〜１７８は、板状に形成され、各々の板面がピストン７の軸方向に対して直交している。

これら羽根部１７１〜１７８が互いに重ならない状態において、これら羽根部１７１〜１７８が協働して貯留部６の横断面を閉塞する（図７（ｂ））。すなわち、開閉部１７０が閉状態となる。

この開状態で、ピストン７が下降することにより、貯留部６の溶融樹脂５を吐出口６１より効率的に射出することができるようになっている。なお、閉状態では、羽根部１７１、１７３、１７５、１７７、１７２、１７４、１７６、１７８が円周上にこの順で並んで配置されている。

一方、例えば、羽根部１７１、１７３、１７５、１７７が互いに重なり合うとともに、羽根部１７２、１７４、１７６、１７８が互いに重なり合うことにより、開閉部１７０は、開状態となる（図７（ｃ））。

この開状態で、ピストン７を上昇させることにより、ピストン７を抵抗なく貯留部６から容易に引き抜くことができる。また、開状態において、開閉部１７０を通して、溶融樹脂５を溶融部２から貯留部６へ流入させることができる。

ピストン７の本体部７００は、第１軸部７５と、第２軸部７６と、第３軸部７７と、第４軸部７８と、を有している。第１軸部７５は、円筒状に形成され、第１軸部７５の内部に第２軸部７６が配置されている。第２軸部７６は、円筒状に形成され、第２軸部７６の内部には第３軸部７７が配置されている。第３軸部７７は円筒状に形成され、第３軸部７７の内部には第４軸部７８が配置されている。第１軸部７５、第２軸部７６、第３軸部７７及び第４軸部７８は、互いに同軸に配置されている。

例えば、第１軸部７５の先端（例えば下端）には、羽根部１７１及び羽根部１７２が１８０度間隔で固定されている。同様に、第２軸部７６の先端（例えば下端）には羽根部１７３及び羽根部１７４が１８０度間隔で固定され、第３軸部７７の先端（例えば下端）には羽根部１７５及び羽根部１７６が１８０度間隔で固定され、第４軸部７８の先端（例えば下端）には羽根部１７７及び羽根部１７８が１８０度間隔で固定されている。

本実施形態の場合、第１軸部７５が油圧シリンダ１９（図３）に連結されており、油圧シリンダ１９によって第１軸部７５が軸方向に移動（昇降）するようになっている。

第２軸部７６の基端（例えば上端）は、第１軸部７５の基端（例えば上端）よりも基端側（例えば上方）に突出している（図６）。この突出部に対して、図示しないモーターの駆動力が加えられて、第２軸部７６は第１軸部７５に対して相対的に、軸周りに回転するようになっている。この回転（例えば、４５°回転）により、羽根部１７１に羽根部１７３を重ねるとともに、羽根部１７２に羽根部１７４を重ねることができる。

同様に、第３軸部７７の基端（例えば上端）は、第２軸部７６の基端（例えば上端）よりも基端側（例えば上方）に突出している。この突出部に対して、図示しないモーターの駆動力が加えられて、第３軸部７７は第１軸部７５に対して相対的に、軸周りに回転するようになっている。この回転（例えば、９０°回転）により、羽根部１７１に羽根部１７５を重ねるとともに、羽根部１７２に羽根部１７６を重ねることができる。

同様に、第４軸部７８の基端（例えば上端）は、第３軸部７７の基端（例えば上端）よりも基端側（例えば上方）に突出している。この突出部に対して、図示しないモーターの駆動力が加えられて、第４軸部７８は第１軸部７５に対して相対的に、軸周りに回転するようになっている。この回転（例えば、１３５°回転）により、羽根部１７１に羽根部１７７を重ねるとともに、羽根部１７２に羽根部１７８を重ねることができる。

なお、例えば、図６に示すように、第４軸部７８の外周面には、リング状の突起７８ａが形成され、この突起７８ａが、第３軸部７７の内周面に嵌合している。同様に、第３軸部７７の外周面には、リング状の突起７７ａが形成され、この突起７７ａが、第２軸部７６の内周面に嵌合している。同様に、第２軸部７６の外周面には、リング状の突起７６ａが形成され、この突起７６ａが、第１軸部７５の内周面に嵌合している。これにより、第１軸部７５、第２軸部７６、第３軸部７７及び第４軸部７８は、軸周りに相互に回動自在、且つ、軸方向には一体的に移動するように、相互に連結されている。

また、本実施形態の場合、材料供給装置４００は、内筒部８１と一体的な第２内筒部８１ａを、内筒部８１の周囲に有している。第３ヒータ３３は、内筒部８１の外側、且つ、第２内筒部８１ａの内側に設けられている。溶融部材１５は、第２内筒部８１ａの外周面と、シリンダー８の内周面との間に固定されている。

以上のような第４の実施形態によっても、上記の第１乃至第３の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、上記の第３及び第４の実施形態では、溶融孔１６の形状が、円錐台形状などの錐台形状である例を説明したが、溶融孔１６は、入り口側から出口側へ向けて細くなる形状として、その他の形状を選択しても良い。
例えば、図８（ａ）に示すように、溶融孔１６は、内径が段階的に（階段状に）細くなる形状であっても良い。或いは、図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように、内径が２次曲線状に細くなる形状であっても良い。このうち図８（ｂ）の例では、溶融孔１６は、入り口側に近い部位での径の変化量が大きい竜巻形状である。図８（ｃ）の例では、溶融孔１６は、出口側に近い部位での径の変化量が大きい逆釣鐘形状である。

また、図９はピストン７の変形例を示す下面図である。図９に示すように、上記の第１乃至第３の実施形態におけるピストン７の先端には、下方に向けて突出する放射状のリブ７ａを形成しても良い。この場合、ピストン７が回転することにより、リブ７ａが貯留部６内の溶融樹脂５を攪拌し、貯留部６内の溶融樹脂５の温度を均一にすることができる。

また、図示は省略するが、第４の実施形態におけるピストン７の先端にも、リブを形成しても良い。この場合、例えば、一番下の羽根部１７１、１７２にリブを形成することが挙げられる。

また、ピストン７は、溶融樹脂５の逆流を防止する逆流防止機構を備えていても良い。逆流防止機構は、例えば、特開２００５−１６９８９９号公報の逆流防止装置と同様のものとすることができる。或いは、逆流防止機構は、実用プラスチック成形加工事典編集委員会編、「実用プラスチック成形加工事典」、株式会社産業調査会事典出版センター、１９９７年６月３０日発行、第２５６頁〜第２５７頁の逆流防止リングと同様のものとすることができる。

なお、上記の各形態では、積層台５０１側にＸ駆動機構５３０、Ｙ駆動機構５４０およびＺ駆動機構５２０が設けられている例を説明したが、Ｘ駆動機構５３０、Ｙ駆動機構５４０およびＺ駆動機構５２０の各々は、吐出部（吐出口６１）側と積層台５０１側とのいずれに設けられていても良い。

１ 樹脂ペレット
２ 溶融部
３ 加熱部
４ プランジャー
４ａ プランジャー用モータ
５ 溶融樹脂
６ 貯留部
７ ピストン
７ａ リブ
８ シリンダー
９ 材料供給部
１１ 冷却部
１２ ヒータ
１５ 溶融部材
１６ 溶融孔
１８ 仕切り板
１９ 油圧シリンダ
３１ 第１ヒータ
３２ 第２ヒータ
３３ 第３ヒータ
４１ 本体部
４２ スクリューネジ
４３ 回転伝達部
６０ 吐出ノズル
６１ 吐出口
７１ 雄ネジ部
７２ 保持部材
７３ 雌ネジ部
７４ 溝
７５ 第１軸部
７６ 第２軸部
７６ａ 突起
７７ 第３軸部
７７ａ 突起
７８ 第４軸部
７８ａ 突起
８１ 内筒部
８１ａ 第２内筒部
８２ 雌ネジ部
９１ 貯留容器
９２ 固形材料供給配管
９３ 第１電磁弁
９４ ガス配管
９５ 第２電磁弁
１００ 材料供給装置
１７０ 開閉部
１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７、１７８ 羽根部
２００ 材料供給装置
３００ 材料供給装置
４００ 材料供給装置
５００ 移動機構
５０１ 積層台
５０２ ステージ
５０５ 支持体
５０６ 保持ブラケット
５２０ Ｚ駆動機構
５２１ Ｚ駆動アクチュエータ
５２２ 駆動ネジ
５２３ Ｚ移動ブロック
５２４ ガイド軸
５２５ 対向保持体
５２６ 支持体
５３０ Ｘ駆動機構
５３１ Ｘ駆動アクチュエータ
５３２ 駆動ネジ
５３３ Ｘ移動ブロック
５３４ ガイド軸
５３５ 保持ブラケット
５３６ Ｘ移動ガイドブロック
５３７ 保持ブラケット
５３８ Ｘ移動ステージ
５４０ Ｙ駆動機構
５４１ Ｙ駆動アクチュエータ
５４２ 駆動ネジ
５４３ Ｙ移動ブロック
５４４ ガイド軸
５４５ 保持ブラケット
５４６ Ｙ移動ガイドブロック
５４７ 保持ブラケット
５４８ Ｙ移動ステージ
５５０ 基台
５６１ 制御部
７００ 本体部

Claims (13)

1. 固形材料を溶融させる溶融部と、
   前記溶融部を加熱する加熱部と、
   前記溶融部へ前記固形材料を圧送するプランジャーと、
   前記溶融部にて前記固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料を一時的に貯留する貯留部と、
   前記貯留部と連通し、前記貯留部の前記溶融材料を外部に吐出する吐出部と、
   前記貯留部の前記溶融材料を前記吐出部を介して外部へ吐出させるピストンと、
   前記溶融部、前記プランジャー、前記貯留部、及び前記ピストンを内部に有するシリンダーと、
   前記吐出部から吐出された前記溶融材料が積層される積層台と、
   前記吐出部と前記積層台とを相対的に移動させる移動機構と、
   前記移動機構の動作制御を行う制御部と、
   を有し、
   前記ピストンは、前記溶融部を貫通して、前記貯留部の前記溶融材料を前記吐出部を介して外部へ吐出させるものであり、
   前記制御部は、前記吐出部から吐出される前記溶融材料が所定の順序およびパターンに基づいて前記積層台上に積層されるように、前記移動機構を制御する三次元物体の製造装置。
2. 前記溶融部は、横断面形状がドーナツ状であり、前記ピストンの周囲に配置さ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製造装置。
3. 前記プランジャーは、前記ピストンの周囲に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元物体の製造装置。
4. 前記プランジャーは、横断面形状がドーナツ状であることを特徴とする請求項３に記載の三次元物体の製造装置。
5. 前記ピストンの先端部の外径が、前記貯留部の内径と等しいことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の三次元物体の製造装置。
6. 前記ピストンは、柱状の本体部と、前記本体部の先端に設けられ、前記貯留部の横断面を閉塞する閉状態と、閉塞しない開状態と、に切り替わり可能な開閉部と、を有し、前記ピストンによる前記溶融材料の圧送時に、前記開閉部が閉状態となることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の三次元物体の製造装置。
7. 前記ピストンは、回転しながら軸方向に移動することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の三次元物体の製造装置。
8. 前記加熱部は、前記溶融部の周囲に配置されている第１ヒータを有していることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の三次元物体の製造装置。
9. 前記加熱部は、前記ピストンに組み込まれている第２ヒータを有し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製造装置。
10. 当該三次元物体の製造装置における前記溶融部の入口側の近傍の部分を冷却する冷却部を有していることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の三次元物体の製造装置。
11. 粒状の前記固形材料を貯留する貯留容器と、
    前記固形材料を前記貯留容器から前記シリンダーへ供給する固形材料供給配管と、
    を有する請求項１乃至１０の何れか一項に記載の三次元物体の製造装置。
12. 固形材料をプランジャーにより溶融部へ圧送する工程と、
    前記プランジャーにより圧送された前記固形材料を前記溶融部において加熱して溶融させる工程と、
    前記固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料を貯留部において一時的に貯留する工程と、
    前記貯留部に一時的に貯留されている前記溶融材料を、前記溶融部を貫通しているピストンによって、前記貯留部と連通している吐出部を介して外部へ吐出させる工程と、
    前記吐出部から吐出される前記溶融材料を積層台上に積層させる工程と、
    を有し、
    前記溶融材料を積層台上に積層させる工程では、前記吐出部から吐出される前記溶融材料が所定の順序およびパターンに基づいて前記積層台上に積層されるように、前記吐出部と前記積層台とを相対的に移動させる三次元物体の製造方法。
13. 前記固形材料は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ポリアセタール、ポリスチレン、スチレン系共重合体、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイドおよびポリ塩化ビニルからなる群より選択される少なくとも１種の樹脂を含む請求項１２に記載の三次元物体の製造方法。

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