材料自動供給装置
【課題】三次元造形装置内部における低融点材料の偏析や固化を防止することができるとともに、製造コストの低減を図ることを可能にする。
【解決手段】液化した際に所定の体積となる固化した低融点材料を収容する容器と、当該容器内の低融点材料を加熱する加熱手段とを有し、当該容器内の固化した低融点材料が当該加熱手段により加熱されて液化した時点で、ホースを用いることなく当該容器から直接に液化した低融点材料をディスペンサーへ供給するようにした。
【解決手段】液化した際に所定の体積となる固化した低融点材料を収容する容器と、当該容器内の低融点材料を加熱する加熱手段とを有し、当該容器内の固化した低融点材料が当該加熱手段により加熱されて液化した時点で、ホースを用いることなく当該容器から直接に液化した低融点材料をディスペンサーへ供給するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料自動供給装置に関し、さらに詳細には、基板あるいは部品に接着剤やホットメルトを塗布する機械や、補助材料により形成される補助材層と造形材料により形成される造形材層とを交互に積層するとともにそれらを切削しながら三次元造形物を作成する三次元造形装置などに搭載される材料自動供給装置に関する。
【０００２】
なお、上記した三次元造形装置においては、補助材料としては、例えば、低融点金属やワックスなどの熱可塑性樹脂のような低融点樹脂などの各種の低融点材料が用いられ、また、造形材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂などの各種の樹脂材料が用いられる。
【背景技術】
【０００３】
従来より、材料自動供給装置を用いた装置として、例えば、三次元造形装置があり、補助材料により形成される補助材層と造形材料により形成される造形材層とを交互に積層するとともに、エンドミルなどの切削ツールなどで補助材層と造形材層とを切削することにより、所望の形状を備えた三次元造形物を形成する三次元造形装置が知られている（例えば、特許文献１として提示する特開２００５−３１９６３４号公報を参照する。）。
【０００４】
ここで、図１には、上記したような従来の技術による三次元造形装置の要部拡大概略構成説明図が示されている。
【０００５】
即ち、従来の三次元造形装置１０は、その上に三次元造形物を形成するためのテーブル１１に対してＸＹＺ方向（図１におけるＸＹＺ直交座標系を示す参考図を参照する。）に相対的に移動自在に配設されたキャリッジ１６を備えており、このキャリッジには、補助材料である低融点金属を吐出するためのディスペンサー２４と、造形材料である紫外線硬化樹脂を吐出するためのディスペンサー２６と、エンドミル３０を支持したスピンドル２８とが取り付けられている。
【０００６】
そして、ディスペンサー２４はホース２４ｂを介してタンク２４ａに接続されており、一方、ディスペンサー２６はホース２６ｂを介してタンク２６ａに接続されている。
【０００７】
ここで、タンク２４ａには補助材料である低融点金属が貯留され、この低融点金属はホース２４ｂを介してディスペンサー２４へ供給されるものであるが、この低融点金属を加熱して液化状態を維持するために、ディスペンサー２４の外周およびタンク２４ａの外周には、シート状のヒーター２４ｃ、２４ａａがそれぞれ配設されている。
【０００８】
また、タンク２６ａには造形材料である液体状の紫外線硬化樹脂が貯留され、この紫外線硬化樹脂はホース２６ｂを介してディスペンサー２６へ供給される。
【０００９】
以上の構成において、三次元造形装置１０により三次元造形物を形成するには、ディスペンサー２４から補助材料である低融点金属を吐出させて補助材層を形成し、また、ディスペンサー２６から造形材料である紫外線硬化樹脂を吐出させて造形材層を形成するものであり、これら補助材層と造形材層とを交互に積層しながら、かつ、補助材層と造形材層とをスピンドル２８により支持されたエンドミル３０により切削する。
【００１０】
なお、ディスペンサー２４から吐出された低融点金属は、ヒーター２４ｃにより加熱されているディスペンサー２４から外部へ出るため、当該外部温度に応じた温度低下により固化して補助材層を形成する。また、ディスペンサー２６から吐出された紫外線硬化樹脂は、紫外線照射装置（図示せず。）により紫外線を照射されて固化して造形材層を形成する。
【００１１】
上記した補助材層ならびに造形材層の積層と切削とを繰り返すことにより、所望の形状の三次元造形物が得られるものであり、こうして得られた三次元造形物を温水などに漬けて補助材層を液化して取り除くと、造形材のみより形成された三次元造形物が得られる。
【００１２】
ところで、従来の三次元造形装置などに用いる材料自動供給装置において、低融点金属を貯留するタンクと低融点金属を吐出するディスペンサーとには、それぞれ加熱手段としてヒーターが配設されている。
【００１３】
このため、三次元造形装置の設置場所の温度が低い場合などでは、低融点金属を貯留するタンクとディスペンサーとを連結する際に低融点金属が固化する恐れがあるという問題点があった。
【００１４】
なお、こうした問題点を解消するためには、低融点金属を貯留するタンクとディスペンサーとを連結するホースの外周にヒーターを配設すればよいが、こうしたヒーターの配設は製造コストを上昇させ、また熱を不要時にも供給し続けるため資源の無駄遣いになるという新たな問題点を招来する。
【００１５】
また、補助材料として用いている低融点金属は溶融合金であるため、低融点金属を貯留するタンク内で凝固が起こった場合には、偏析により金属の成分が偏るおそれがある。こうした偏析は、タンク内の低融点金属を常に攪拌することで防止することができるものであるが、タンク内の低融点金属を常に攪拌するためには、タンク内の低融点金属を全て溶融させなければ攪拌することができないものであった。
【００１６】
しかしながら、タンク内の低融点金属を全て溶融させるためには、出力の大きなヒーターが必要になるので製造コスト上昇の要因の一つになり、また、タンク内の低融点金属の攪拌を自動化するにはそのための手段を設ける必要があり、こうした手段の設置も製造コストの上昇につながるものであるという問題点があった。
【００１７】
なお、上記した低融点金属の偏析は、低融点金属を貯留するタンクに連結されたホース２４内でも生じる恐れがある。
【００１８】
しかしながら、ホース内に存在する低融点金属を攪拌することは不可能であり、ホース内で低融点金属が偏析した場合には、低融点金属がホースを閉塞させてしまう恐れがあるという問題点があった。
【００１９】
一方、タンクからホースへ低融点金属を送出するにはポンプ（図示せず。）が用いられているが、低融点金属をタンクからホースへ送出するには出力の大きなポンプが必要となり、このこともまた製造コストを上昇させる要因となるという問題点があった。
【００２０】
さらに、ディスペンサー内に補助材料である低融点金属を充填可能な最大量まで充填した状態において当該ディスペンサーを駆動する場合には、ディスペンサー全体の重量が嵩むため、ディスペンサーを駆動するモーターにかかる負荷が大きくなる。従って、出力の大きなモーターを搭載する必要があり、こうしたモーターの搭載もまた製造コストを上昇させる要因となるという問題点があった。
【特許文献１】特開２００５−３１９６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、三次元造形装置の材料供給タンク内部における材料の偏析や固化を防止することができるとともに、ヒーターによる熱源を不要時にはカットし、製造コストの低減を図ることを可能にした材料自動供給装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明による材料自動供給装置は、固化した材料を収容する容器と、当該容器内の材料を加熱する加熱手段（例えば、容器の外周部位に配設され、容器を介して容器内の固体状態の材料を加熱して液化する電磁誘導加熱（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ：ＩＨ）ヒーターである。）とを有し、当該容器内の固化した材料が当該加熱手段により加熱されて液化した時点で、ホースを用いることなく当該容器から直接に液化した材料をディスペンサーへ供給するようにしたものである。
【００２３】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ディスペンサーに材料を供給する材料自動供給装置において、下方部位に下部開口部を備えるとともに補助材料として固体状態の材料を収容可能な容器と、上記容器内の上記固体状態の材料を加熱して液化する加熱手段と、上方部位に上部開口部を備えるとともに下方部位に吐出開口部を備え、上記上方部位から供給された液体状態の材料を上記吐出開口部から吐出可能なディスペンサーと、上記容器と上記ディスペンサーとを相対的に移動して、上記容器の上記下部開口部と上記ディスペンサーの上記上部開口部とを接続または分離する移動手段とを有し、上記移動手段により上記容器の上記下部開口部と上記ディスペンサーの上記上部開口部とが接続された状態において、上記加熱手段により上記固体状態の材料を加熱して液化し、該液化により液体状態となった上記容器内の材料を上記下部開口部から上記上部開口部を介して上記ディスペンサー内へ供給するようにしたものである。
【００２４】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記加熱手段は、上記容器の外周部位に配設され、上記容器内の上記固体状態の材料を加熱して液化する電磁誘導加熱ヒーターであるようにしたものである。
【００２５】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または２に記載の発明において、上記ディスペンサーは、上記容器から供給された液体状態の材料を加熱する加熱手段を有するようにしたものである。
【００２６】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２または３に記載の発明において、上記ディスペンサーは、上記ディスペンサー内の気圧を調節する気圧調整手段を有するようにしたものである。
【００２７】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３または４に記載の発明において、上記材料を低融点金属としたものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、以上説明したように構成されているので、三次元造形装置内部における低融点材料の偏析や固化を防止することができるようになるとともに、製造コストの低減を図ることが可能になるという優れた効果が奏される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による材料自動供給装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。なお、以下の説明においては、材料として低融点金属を用いるものとする。
【００３０】
図２には、本発明の実施の形態の一例による材料自動供給装置を備えた三次元造形装置の概略正面斜視構成説明図が示されている。
【００３１】
この三次元造形装置１００は、Ｚ方向に延長した略四角柱状の一対の支持部１２Ｌ、１２Ｒと当該支持部１２Ｌ、１２Ｒを連結する底部１２Ｂとにより構成されたＵ字型状の門型アーム部１２を備えている。
【００３２】
こうした門型アーム部１２を構成する一対の支持部１２Ｌ、１２Ｒのそれぞれの上端部には、レール部１４が支持されており、このレール部１４にはＸ軸方向（図２のＸＹＺ直交座標系を示す参考図を参照する。）に所定範囲内で移動自在にキャリッジ１６が配設されている。
【００３３】
また、キャリッジ１６に隣接し、キャリッジ１６に対してＺ軸方向に所定範囲内で移動自在に設けられたヘッド１５上に、スピンドル２８が固定されている。さらにスピンドル２８上にはＺ軸方向に所定範囲内で移動自在なスライダ（図２斜線部）が配設され、前記スライダには補助材料として低融点金属を吐出するディスペンサー１０２と、造形材料として紫外線硬化樹脂を吐出するディスペンサー１１４とが併設されている。
【００３４】
また、レール部１４には、三次元造形装置１００の設置面と平行な面を持つホルダー１２０が取り付けられている。このホルダー１２０には、貫通孔が二ヶ所穿設されており、該貫通孔には、補助材料の供給手段であるシリンジ１０６が取り付け可能となされている。
【００３５】
なお、ホルダー１２０は、キャリッジ１６の移動を妨げることがない位置に配置されているとともに、ホルダー１２０に穿設されている貫通孔は、その中心がキャリッジ１６に取り付けられているディスペンサー１０２の中心とＺ軸方向に同一平面上に位置するように配置されている。
【００３６】
また、門型アーム部１２の底部１２ＢのＹ軸方向に延長された略長方形のフレーム部１８上には、Ｙ軸方向に所定範囲内で移動自在なテーブル２２が配設されている。
【００３７】
このテーブル２２の外周側には、テーブル２２を囲むようにして切削粉等を回収する略箱形状の回収槽２０が配設されており、当該回収槽２０は図示しない排水管を介して図示しない回収タンクに接続されている。
【００３８】
また、テーブル２２の上面２２ａは水平な平面上に形成されており、この上面２２ａにおいて、補助材料により形成される補助材層と造形材料により形成される造形材層とが積層されて三次元造形物が形作られるものである。
【００３９】
ここで、三次元造形装置１００は、全体の動作をマイクロコンピュータにより制御されている。即ち、マイクロコンピュータによって所定の分解能に応じて、キャリッジ１６はＸ軸方向に移動され、ディスペンサー１０２、ディスペンサー１１４ならびにスピンドル２８はＺ軸方向に移動され、テーブル２２は回収槽２０とともにＹ軸方向に移動される。
【００４０】
従って、ディスペンサー１０２、ディスペンサー１１４ならびにスピンドル２８に支持されたエンドミル３０と、テーブル２２の上面２２ａにおいて形作られる三次元造形物との相対的な位置関係は、ＸＹＺ方向（図２におけるＸＹＺ直交座標系を示す参考図を参照する。）に任意に移動可能となる。
【００４１】
次に、ディスペンサー１０２は、シリンジ１０６に収容された低融点金属が供給されるように設計されており、ディスペンサー１０２において低融点金属を貯留する貯留部１０２ｈ（図３を参照する。）および低融点金属吐出部１０２ｉ（図３を参照する。）の外周面には、そのほぼ全長にわたってヒーター１０２ｂが配設されている。このヒーター１０２ｂによって貯留部１０２ｈおよび低融点金属吐出部１０２ｉを加熱することにより、ディスペンサー１０２の内部に貯留された低融点金属を所定の温度に加熱して液状に維持することができる。
【００４２】
なお、後述するように、ヒーター１０２ｂによって所定の温度まで加熱されて液状に維持された低融点金属は、ディスペンサー１０２の下端部１０２ａから下方へ吐出され、所定の位置に所定量塗布されるように制御されている。
【００４３】
また、ディスペンサー１１４は、図示しないタンクに収容された紫外線硬化樹脂が供給されるように設計されており、図示しないタンクから供給された造形材料を貯留するシリンジ１１４ｂと連結されたディスペンサー１１４の先端に位置する吐出口１１４ａから、造形材料が１滴１滴吐出される。こうしてディスペンサー１１４の吐出口１１４ａから吐出される造形材料は、飛滴となって所定の位置に所定量塗布されるように制御されている。
【００４４】
次に、図３（ａ）（ｂ）にはディスペンサー１０２の一部断面概略構成説明図が示されているが（図３（ａ）はディスペンサー１０２のＡ矢視図（上面図）であり、図３（ｂ）は正面図である。）、ディスペンサー１０２は、略円筒形状の内筒１０２ｃと外筒１０２ｄとを有する二重構造を備えている。
【００４５】
ここで、内筒１０２ｃの下方部位には貯留部１０２ｈが形成されており、その上端部１０２ｅには蓋１０２ｆが配設されている。
【００４６】
上記した蓋１０２ｆは、上端部１０２ｅに架橋されたロッド１０２ｇに回動自在に軸支されている。このロッド１０２ｇにはコイルバネ１０２ｊが巻回されており、コイルバネ１０２ｊの一方の端部はロッド１０２ｇに係止され、その他方の端部は蓋１０２ｆに係止されていて、コイルバネ１０２ｊは、蓋１０２ｆが内筒の１０２ｃの上部開口部１０２ｋを閉塞するように付勢している。
【００４７】
従って、蓋１０２ｆに対してコイルバネ１０２ｊの付勢力よりも大きな下方への力が作用すると、蓋１０２ｆはロッド１０２ｇを回転軸として下方に回転して上部開口部１０２ｋが開放されるが、蓋１０２ｆに対してコイルバネ１０２ｊの付勢力よりも大きな下方への力が作用しない限りは、上部開口部１０２ｋは蓋１０２ｆにより閉鎖された状態が維持される。
【００４８】
一方、外筒１０２ｄにおける内筒１０２ｃの下方領域には、低融点金属吐出部１０２ｉが設けられており、低融点金属吐出部１０２ｉには開閉自在な弁機構１０８が配設されている。
【００４９】
この弁機構１０８は貯留部１０２ｈと連結されており、弁機構１０８により貯留部１０２ｈに貯留された低融点金属の吐出が制御される。
【００５０】
なお、低融点金属吐出部１０２ｉには、弁機構１０８の下流側に、弁機構１０８から排出された低融点金属の流路となる管１１０ｂ、管１１０ｂに連結されたノズル押し当て部材１１０ならびに低融点金属を回転させながら吐出するためのノズル１１２が配設されている。
【００５１】
弁機構１０８は、中央部側面に凸部１０８ｇを有し、凸部１０８ｇより上方の側面に、コイルバネ１０８ａが巻回されている。このコイルバネ１０８ａは拡開方向への付勢力を有し、貯留部１０２ｈから流れてきた低融点金属をせき止める弁機構１０８の末端部である開閉部１０８ｃが閉塞した状態を維持できるように、一方の端部は貯留部１０２ｈの下端部に係止され、その他方の端部は凸部１０８ｇに係止されている。
【００５２】
また、低融点金属の流路である管１１０ｂの外周面には、コイルバネ１１０ａが巻回されており、コイルバネ１１０ａの一方の端部は流路内側凸部１１０ｃに係止され、他方の端部はノズル押し当て部材１１０の上端部に係止されている。コイルバネ１１０ａは、ノズル押し当て部材１１０とノズル１１２とが密着するように、ノズル押し当て部材１１０を下方へ付勢している（図３および図５を参照する。）。
【００５３】
そして、弁機構１０８の末端部である開閉部１０８ｃの側面には、管１０８ｂを流れてきた低融点金属が通る流路１０８ｄが存在し、その末端部である１０８ｅは、開閉部１０８ｃが開放状態の時のみ通じる流路１０８ｆに通じており、流路１０８ｆは管１１０ｂへと連結されている。
【００５４】
次に、ディスペンサー１０２外面には、蓋１０２ｆと貯留部１０２ｈ上端部との間の側面と、弁機構１０８が有する開閉部１０８ｃ付近の側面との二ヶ所に、気圧調整手段１０３および弁開閉手段１０４からのガスを供給するための貫通孔が穿設されている。
【００５５】
気圧調整手段１０３および弁開閉手段１０４は、三次元造形装置１００の設置面に対して平行であるようにディスペンサー１０２の側面に配置されていて、気圧を制御するためのポンプ（図示せず。）と連通した略円筒形状を備えている。気圧調整手段１０３はディスペンサー１０２上部に気体を供給するための貫通孔へ接続されており、また、弁開閉手段１０４はディスペンサー１０２の下部に気体を供給するための貫通孔へ接続された連結管１０４ｂを有する。
【００５６】
続いて、図４を参照しながら、ディスペンサー１０２へ材料の供給を行うシリンジ１０６の構造について詳細に説明する。
【００５７】
シリンジ１０６は、略円筒形状を備えていて、その上端および下端は開放されている。シリンジ１０６の中央部外周には、ＩＨヒーター１０６ａが配設されており、このため、中央部の外周は上部および下部に比べると径が大きくなっている。また、中央部の底部には、ホルダー１２０に穿設されている貫通孔の直径と同じ長さでその貫通孔に嵌合可能であるような凸部１０６ｃが設けられている。
【００５８】
シリンジ１０６内部は、中央部下端付近で内径が変わり、上部よりも下部は径が小さくなっている。上部と下部の径の違いにより生じた部分が受け皿となるため、図４（ｂ）の形状に成形された固体状態の低融点金属を、上部より充填しシリンジ１０６内部にとどめておくことが可能になっている（図４（ｃ）を参照する。）。
【００５９】
このような、その内部に低融点金属を有するシリンジ１０６が、ホルダー１２０の貫通孔に二つ嵌入して配置されている。
【００６０】
なお、この三次元造形装置においては、シリンジ１０６と、ＩＨヒーター１０６ａと、ディスペンサー１０２と、ヘッド１５とにより材料自動供給装置が構成されている。
【００６１】
以上の構成において、上記した三次元造形装置１００の動作について説明するが、こうした三次元造形装置による造形材料の吐出ならびに造形材層および補助材層の切削の動作の制御については、例えば、特開２００５−３１９６３４号公報に開示されているように公知の技術であるので、その詳細な説明は省略することとする。以下においては、本発明の実施に関連する三次元造形装置１００による補助材料である低融点金属を吐出する際の動作について、図５乃至図８を参照しながら説明する。
【００６２】
はじめに、シリンジ１０６からディスペンサー１０２へと補助材料である低融点金属を供給する際の動作について説明するが、シリンジ１０６からディスペンサー１０２へと補助材料である低融点金属を供給するには、それぞれ独立して存在しているディスペンサー１０２とシリンジ１０６とを接続する必要がある。
【００６３】
そのため、まず、ディスペンサー１０２の蓋１０２ｆの中心が、シリンジ１０６の下端部１０６ｂの中心の真下に位置するように、キャリッジ１６をＸ軸方向へ移動させて、ディスペンサー１０２の位置を調節する。
【００６４】
次に、シリンジ１０６の下端部１０６ｂがディスペンサー１０２に挿入されるように、Ｚ軸方向へヘッド１５を動かす。ディスペンサー１０２の蓋１０２ｆがシリンジ１０６の下端部１０６ｂに押し下げられ、シリンジ１０６の中央部の底部がディスペンサー１０２の上端にぶつかるまでディスペンサー１０２を上昇させる。
【００６５】
こうした動作によりディスペンサー１０２とシリンジ１０６とが接続され、ディスペンサー１０２はシリンジ１０６から補助材料である低融点金属を受け入れ可能な状態になる（図５を参照する。）。
【００６６】
次に、低融点金属をディスペンサー１０２へ移動させるため、固体状態の低融点金属を加熱により液体状態に変化させるため、シリンジ１０６に配設されたＩＨヒーター１０６ａの電源を入れる。
【００６７】
ＩＨヒーター１０６ａにより加熱された低融点金属は、例えば、約２分間ですべてが融解し液体状態となり、シリンジ１０６からディスペンサー１０２の貯留部１０２ｈへ移動する。一つのシリンジから貯留部１０２ｈには、例えば、約５０ｍｌの低融点金属が供給される。
【００６８】
この状態で、ディスペンサー１０２の貯留部１０２ｈに低融点金属が貯留され、補助材料吐出可能な状態となる。なお、この際に、低融点金属の固化を防ぐために、ディスペンサー１０２の外周に配設されたシート状のヒーター１０２ｂの電源を入れておく。
【００６９】
ディスペンサー１０２への低融点金属の供給完了後、ディスペンサー１０２はＸ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能なように、シリンジ１０６と分離しておく必要がある。
【００７０】
このため、シリンジ１０６をディスペンサー１０２へ挿入した場合と逆の手順で、ヘッド１５を下方へ移動させシリンジ１０６の下端部１０６ｂをディスペンサー１０２の開放部１０２ｋから引き抜く。
【００７１】
ディスペンサー１０２とシリンジ１０６が分離されると、ディスペンサー１０２の蓋１０２ｆはコイルバネ１０２ｊの付勢力により自動的に閉鎖され、この状態でディスペンサー１０２は、貯留部１０２ｈに補助材料である低融点金属を内蔵するとともに、Ｘ軸方向およびＺ軸方向へ移動自在な状態となる（図６を参照する。）。
【００７２】
次に、貯留部１０２ｈに貯留された低融点金属を下方へ移動させるため、気圧調整手段１０３を稼働させ、図６に示したＡ矢印方向へ空気を送り、ディスペンサー１０２の内部において図６に示したＢ矢印方向に圧力をかける。
【００７３】
Ｂ方向への圧力により、低融点金属は下方へ押され、貯留部１０２ｈから弁機構１０８内部へ移動し、弁機構１０８の端部である開閉部１０８ｃ付近へ移動する。開閉部１０８ｃ付近まで移動した低融点金属は、開閉部１０８ｃの側面に有する流路１０８ｄへ流れ、その端部１０８ｅで止まる（図７（ａ）を参照する。）。
【００７４】
低融点金属を吐出するには、弁機構１０８を作動させて開閉部１０８ｃを開放し、流路１０８ｄの端部１０８ｅと開閉部１０８ｃの先に存在する流路１０８ｆを接続する必要がある。
【００７５】
ここで、開閉部１０８ｃを開放して弁機構１０８を開放状態にするため、弁開閉手段１０４よりの連結管１０４ｂへ加圧した空気を送り、図７に示したＣ矢印方向へ風圧をかけるようになされている。
【００７６】
Ｃ方向への風圧は弁機構１０８が有する凸部１０８ｇに作用するように位置設定されており、従って、Ｃ方向への風圧が弁機構１０８を閉塞状態にしているコイルバネ１０８ａのもつ付勢力以上の大きさであるならば、弁機構１０８全体が上方へ移動することになる。
【００７７】
この状態で、弁機構１０８の開閉部１０８ｃは開放され、流路１０８ｄと流路１０８ｆとが連通し、端部１０８ｅにとどまっていた低融点金属は流路１０８ｆを流れ、下方向への圧力に促されることによりさらに下方に接続されている管１１０ｂへと到達する（図７（ｂ）を参照する。）。
【００７８】
管１１０ｂへと流れてきた低融点金属は、その下方に存在するノズル押し当て部材１１０を通過し、ノズル１１２の上端部に到達する。低融点金属はノズル１１２の溝１１２ａへ外側端部１１２ａａより入り、外側端部１１２ａａから中心部の窪みに向かい、溝１１２ａに沿って回転して進む（図８を参照する。）。
【００７９】
そして、ディスペンサー１０２内にかかる図６に示したＢ矢印方向への圧力および溝１１２ａを通ることで得た回転力とを有する低融点金属は、吐出口１１２ｂより噴霧される。
【００８０】
以上の動作により、シリンジ１０６に収容されていた低融点金属はディスペンサー１０２より吐出される。
【００８１】
なお、ディスペンサー１０２の貯留部１０２ｈに貯留されていたすべての低融点金属を吐出した場合には、ホルダー１２０に載置されているシリンジ１０６’から、上記と同様の操作を行うことにより低融点金属を供給することができる。
【００８２】
上記したようにして、本発明による材料自動供給装置の実施の形態の一例を備えた三次元造形装置１００においては、ディスペンサー１０２へ低融点金属を供給を希望する場合のみ、低融点金属を備えたシリンジ１０６と接続するように構成されている。
【００８３】
このため、必要量以上の液体状態の低融点金属をディスペンサーに貯留する必要がなく、シート状ヒーターの加熱で液体状態を維持できる量のみをディスペンサーに貯留できるので、低融点金属が偏析する恐れがない。
【００８４】
また、シリンジ１０６からディスペンサー１０２へ低融点金属を移動させる時のみ、シリンジ１０６に配設されたＩＨヒーター１０６ａの電源を入れておけばよく、必要時以外はＩＨヒーター１０６ａの電源を切っておくことができるので、コストを削減することができる。
【００８５】
さらに、シリンジ１０６に固体状態の低融点金属を充填する場合に成形された低融点金属は、ＩＨヒーター１０６ａの熱により外周部分から徐々に融解していくが、底部が凹形状であるため、遅れて融解する中央部分が塊の状態のまま下方に落ちていくことはないので、シリンジ１０６内やディスペンサー１０２内で、低融点金属により閉塞する恐れがない。
【００８６】
さらにまた、ディスペンサー１０２の上端部は、蓋１０２ｆを閉じた状態に維持し外部と遮断されているため、ディスペンサー１０２の上部開口部１０２ｋからディスペンサー１０２内の空気が漏れることがなく、内部の気圧を一定に保つことが可能である。
【００８７】
そのため、図６に示したＢ矢印方向への力が弱まらずに、安定した速度で吐出を続けることが可能である。
【００８８】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（３）に示すように変形することができるものである。
【００８９】
（１）上記した実施の形態においては、ホルダー１２０に穿設された貫通孔は二つであったが、これに限られるものではないことは勿論であり、一つまたは複数の貫通孔を設けて、一つまたは複数のシリンジを載置するようにしてもよい。
【００９０】
（２）上記した実施の形態においては、補助材料として低融点金属を用い、造形材料として紫外線硬化樹脂を用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、各種材料を補助材料あるいは造形材料として用いるようにしてもよい。
【００９１】
例えば、補助材料としては、ワックスなどの熱可塑性樹脂のような低融点樹脂などの低融点材料を用いるようにしてもよいし、造形材料としては、紫外線とは異なる放射線の可視光や電子線あるいはその他の光によって硬化する水に不溶の光硬化樹脂を用いるようにしてもよい。
【００９２】
（３）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、試作や量産での部品製作やデザインモデルを製作する際などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】図１は、従来の三次元造形装置の一部を示した説明図である。
【図２】図２は、本発明による材料自動供給装置を備えた三次元造形装置の実施の形態の一例を示す概略構成説明図である。
【図３】図３は、図２に示す三次元造形装置の一部を拡大して示した概略構成説明図であり、（ａ）は補助材料のディスペンサー上部の端面図であり、（ｂ）は補助材料のディスペンサーの部分断面説明図である。
【図４】図４は、図２に示す三次元造形装置のシリンジを説明する概念構成説明図であり、（ａ）はシリンジの斜視説明図であり、（ｂ）は低融点金属の形状を示した概念図であり、（ｃ）はシリンジの断面説明図である。
【図５】図５は、図２に示す三次元造形装置の実施の形態の一例の一部を拡大して示した部分断面説明図であり、補助材料のディスペンサーとシリンジとを接続した状態を示しているものである。
【図６】図６は、図２に示す三次元造形装置の実施の形態の一例の一部を拡大して示した部分断面説明図であり、補助材料のディスペンサー内に低融点金属が供給された状態を示しているものである。
【図７】図７（ａ）および（ｂ）は、図２に示す三次元造形装置の補助材料のディスペンサーの一部を拡大して示した断面説明図である。
【図８】図８（ａ）は、図２に示す三次元造形装置の補助材料のディスペンサーが有するノズル下部の端面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１０、１００ 三次元造形装置
１１ テーブル
１２ アーム部
１２Ｂ 底部
１２Ｒ、１２Ｌ 支持部
１４ レール部
１５ ヘッド
１６ キャリッジ
１８ フレーム部
２０ 回収槽
２２ テーブル
２２ａ 上面
２４、２６、１０２、１１４ ディスペンサー
２８ スピンドル
３０ エンドミル
１０２ａ 下端部
１０２ｂ ヒーター
１０２ｃ 内筒
１０２ｄ 外筒
１０２ｅ 上端部
１０２ｆ 蓋
１０２ｇ ロッド
１０２ｈ 貯留部
１０２ｉ 低融点金属吐出部
１０２ｊ コイルバネ
１０２ｋ 上部開口部
１０３ 気圧調整手段
１０４ 弁開閉手段
１０４ａ 支持部
１０４ｂ 連結管
１０６、１０６’ シリンジ
１０６ａ ＩＨヒーター
１０６ｂ 下端部
１０６ｃ 凸部
１０８ 弁
１０８ａ コイルバネ
１０８ｂ 管
１０８ｃ 開閉部
１０８ｄ 流路
１０８ｅ 末端部
１０８ｆ 流路
１０８ｇ 凸部
１１０ ノズル押し当て部材
１１０ａ コイルバネ
１１０ｂ 管
１１０ｃ 流路内側凸部
１１２ ノズル
１１２ａ 溝
１１２ａａ 外側端部
１１２ｂ 吐出口
１１４ａ 吐出口
１１４ｂ シリンジ
１２０ ホルダー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料自動供給装置に関し、さらに詳細には、基板あるいは部品に接着剤やホットメルトを塗布する機械や、補助材料により形成される補助材層と造形材料により形成される造形材層とを交互に積層するとともにそれらを切削しながら三次元造形物を作成する三次元造形装置などに搭載される材料自動供給装置に関する。
【０００２】
なお、上記した三次元造形装置においては、補助材料としては、例えば、低融点金属やワックスなどの熱可塑性樹脂のような低融点樹脂などの各種の低融点材料が用いられ、また、造形材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂などの各種の樹脂材料が用いられる。
【背景技術】
【０００３】
従来より、材料自動供給装置を用いた装置として、例えば、三次元造形装置があり、補助材料により形成される補助材層と造形材料により形成される造形材層とを交互に積層するとともに、エンドミルなどの切削ツールなどで補助材層と造形材層とを切削することにより、所望の形状を備えた三次元造形物を形成する三次元造形装置が知られている（例えば、特許文献１として提示する特開２００５−３１９６３４号公報を参照する。）。
【０００４】
ここで、図１には、上記したような従来の技術による三次元造形装置の要部拡大概略構成説明図が示されている。
【０００５】
即ち、従来の三次元造形装置１０は、その上に三次元造形物を形成するためのテーブル１１に対してＸＹＺ方向（図１におけるＸＹＺ直交座標系を示す参考図を参照する。）に相対的に移動自在に配設されたキャリッジ１６を備えており、このキャリッジには、補助材料である低融点金属を吐出するためのディスペンサー２４と、造形材料である紫外線硬化樹脂を吐出するためのディスペンサー２６と、エンドミル３０を支持したスピンドル２８とが取り付けられている。
【０００６】
そして、ディスペンサー２４はホース２４ｂを介してタンク２４ａに接続されており、一方、ディスペンサー２６はホース２６ｂを介してタンク２６ａに接続されている。
【０００７】
ここで、タンク２４ａには補助材料である低融点金属が貯留され、この低融点金属はホース２４ｂを介してディスペンサー２４へ供給されるものであるが、この低融点金属を加熱して液化状態を維持するために、ディスペンサー２４の外周およびタンク２４ａの外周には、シート状のヒーター２４ｃ、２４ａａがそれぞれ配設されている。
【０００８】
また、タンク２６ａには造形材料である液体状の紫外線硬化樹脂が貯留され、この紫外線硬化樹脂はホース２６ｂを介してディスペンサー２６へ供給される。
【０００９】
以上の構成において、三次元造形装置１０により三次元造形物を形成するには、ディスペンサー２４から補助材料である低融点金属を吐出させて補助材層を形成し、また、ディスペンサー２６から造形材料である紫外線硬化樹脂を吐出させて造形材層を形成するものであり、これら補助材層と造形材層とを交互に積層しながら、かつ、補助材層と造形材層とをスピンドル２８により支持されたエンドミル３０により切削する。
【００１０】
なお、ディスペンサー２４から吐出された低融点金属は、ヒーター２４ｃにより加熱されているディスペンサー２４から外部へ出るため、当該外部温度に応じた温度低下により固化して補助材層を形成する。また、ディスペンサー２６から吐出された紫外線硬化樹脂は、紫外線照射装置（図示せず。）により紫外線を照射されて固化して造形材層を形成する。
【００１１】
上記した補助材層ならびに造形材層の積層と切削とを繰り返すことにより、所望の形状の三次元造形物が得られるものであり、こうして得られた三次元造形物を温水などに漬けて補助材層を液化して取り除くと、造形材のみより形成された三次元造形物が得られる。
【００１２】
ところで、従来の三次元造形装置などに用いる材料自動供給装置において、低融点金属を貯留するタンクと低融点金属を吐出するディスペンサーとには、それぞれ加熱手段としてヒーターが配設されている。
【００１３】
このため、三次元造形装置の設置場所の温度が低い場合などでは、低融点金属を貯留するタンクとディスペンサーとを連結する際に低融点金属が固化する恐れがあるという問題点があった。
【００１４】
なお、こうした問題点を解消するためには、低融点金属を貯留するタンクとディスペンサーとを連結するホースの外周にヒーターを配設すればよいが、こうしたヒーターの配設は製造コストを上昇させ、また熱を不要時にも供給し続けるため資源の無駄遣いになるという新たな問題点を招来する。
【００１５】
また、補助材料として用いている低融点金属は溶融合金であるため、低融点金属を貯留するタンク内で凝固が起こった場合には、偏析により金属の成分が偏るおそれがある。こうした偏析は、タンク内の低融点金属を常に攪拌することで防止することができるものであるが、タンク内の低融点金属を常に攪拌するためには、タンク内の低融点金属を全て溶融させなければ攪拌することができないものであった。
【００１６】
しかしながら、タンク内の低融点金属を全て溶融させるためには、出力の大きなヒーターが必要になるので製造コスト上昇の要因の一つになり、また、タンク内の低融点金属の攪拌を自動化するにはそのための手段を設ける必要があり、こうした手段の設置も製造コストの上昇につながるものであるという問題点があった。
【００１７】
なお、上記した低融点金属の偏析は、低融点金属を貯留するタンクに連結されたホース２４内でも生じる恐れがある。
【００１８】
しかしながら、ホース内に存在する低融点金属を攪拌することは不可能であり、ホース内で低融点金属が偏析した場合には、低融点金属がホースを閉塞させてしまう恐れがあるという問題点があった。
【００１９】
一方、タンクからホースへ低融点金属を送出するにはポンプ（図示せず。）が用いられているが、低融点金属をタンクからホースへ送出するには出力の大きなポンプが必要となり、このこともまた製造コストを上昇させる要因となるという問題点があった。
【００２０】
さらに、ディスペンサー内に補助材料である低融点金属を充填可能な最大量まで充填した状態において当該ディスペンサーを駆動する場合には、ディスペンサー全体の重量が嵩むため、ディスペンサーを駆動するモーターにかかる負荷が大きくなる。従って、出力の大きなモーターを搭載する必要があり、こうしたモーターの搭載もまた製造コストを上昇させる要因となるという問題点があった。
【特許文献１】特開２００５−３１９６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、三次元造形装置の材料供給タンク内部における材料の偏析や固化を防止することができるとともに、ヒーターによる熱源を不要時にはカットし、製造コストの低減を図ることを可能にした材料自動供給装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明による材料自動供給装置は、固化した材料を収容する容器と、当該容器内の材料を加熱する加熱手段（例えば、容器の外周部位に配設され、容器を介して容器内の固体状態の材料を加熱して液化する電磁誘導加熱（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ：ＩＨ）ヒーターである。）とを有し、当該容器内の固化した材料が当該加熱手段により加熱されて液化した時点で、ホースを用いることなく当該容器から直接に液化した材料をディスペンサーへ供給するようにしたものである。
【００２３】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ディスペンサーに材料を供給する材料自動供給装置において、下方部位に下部開口部を備えるとともに補助材料として固体状態の材料を収容可能な容器と、上記容器内の上記固体状態の材料を加熱して液化する加熱手段と、上方部位に上部開口部を備えるとともに下方部位に吐出開口部を備え、上記上方部位から供給された液体状態の材料を上記吐出開口部から吐出可能なディスペンサーと、上記容器と上記ディスペンサーとを相対的に移動して、上記容器の上記下部開口部と上記ディスペンサーの上記上部開口部とを接続または分離する移動手段とを有し、上記移動手段により上記容器の上記下部開口部と上記ディスペンサーの上記上部開口部とが接続された状態において、上記加熱手段により上記固体状態の材料を加熱して液化し、該液化により液体状態となった上記容器内の材料を上記下部開口部から上記上部開口部を介して上記ディスペンサー内へ供給するようにしたものである。
【００２４】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記加熱手段は、上記容器の外周部位に配設され、上記容器内の上記固体状態の材料を加熱して液化する電磁誘導加熱ヒーターであるようにしたものである。
【００２５】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または２に記載の発明において、上記ディスペンサーは、上記容器から供給された液体状態の材料を加熱する加熱手段を有するようにしたものである。
【００２６】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２または３に記載の発明において、上記ディスペンサーは、上記ディスペンサー内の気圧を調節する気圧調整手段を有するようにしたものである。
【００２７】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３または４に記載の発明において、上記材料を低融点金属としたものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、以上説明したように構成されているので、三次元造形装置内部における低融点材料の偏析や固化を防止することができるようになるとともに、製造コストの低減を図ることが可能になるという優れた効果が奏される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による材料自動供給装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。なお、以下の説明においては、材料として低融点金属を用いるものとする。
【００３０】
図２には、本発明の実施の形態の一例による材料自動供給装置を備えた三次元造形装置の概略正面斜視構成説明図が示されている。
【００３１】
この三次元造形装置１００は、Ｚ方向に延長した略四角柱状の一対の支持部１２Ｌ、１２Ｒと当該支持部１２Ｌ、１２Ｒを連結する底部１２Ｂとにより構成されたＵ字型状の門型アーム部１２を備えている。
【００３２】
こうした門型アーム部１２を構成する一対の支持部１２Ｌ、１２Ｒのそれぞれの上端部には、レール部１４が支持されており、このレール部１４にはＸ軸方向（図２のＸＹＺ直交座標系を示す参考図を参照する。）に所定範囲内で移動自在にキャリッジ１６が配設されている。
【００３３】
また、キャリッジ１６に隣接し、キャリッジ１６に対してＺ軸方向に所定範囲内で移動自在に設けられたヘッド１５上に、スピンドル２８が固定されている。さらにスピンドル２８上にはＺ軸方向に所定範囲内で移動自在なスライダ（図２斜線部）が配設され、前記スライダには補助材料として低融点金属を吐出するディスペンサー１０２と、造形材料として紫外線硬化樹脂を吐出するディスペンサー１１４とが併設されている。
【００３４】
また、レール部１４には、三次元造形装置１００の設置面と平行な面を持つホルダー１２０が取り付けられている。このホルダー１２０には、貫通孔が二ヶ所穿設されており、該貫通孔には、補助材料の供給手段であるシリンジ１０６が取り付け可能となされている。
【００３５】
なお、ホルダー１２０は、キャリッジ１６の移動を妨げることがない位置に配置されているとともに、ホルダー１２０に穿設されている貫通孔は、その中心がキャリッジ１６に取り付けられているディスペンサー１０２の中心とＺ軸方向に同一平面上に位置するように配置されている。
【００３６】
また、門型アーム部１２の底部１２ＢのＹ軸方向に延長された略長方形のフレーム部１８上には、Ｙ軸方向に所定範囲内で移動自在なテーブル２２が配設されている。
【００３７】
このテーブル２２の外周側には、テーブル２２を囲むようにして切削粉等を回収する略箱形状の回収槽２０が配設されており、当該回収槽２０は図示しない排水管を介して図示しない回収タンクに接続されている。
【００３８】
また、テーブル２２の上面２２ａは水平な平面上に形成されており、この上面２２ａにおいて、補助材料により形成される補助材層と造形材料により形成される造形材層とが積層されて三次元造形物が形作られるものである。
【００３９】
ここで、三次元造形装置１００は、全体の動作をマイクロコンピュータにより制御されている。即ち、マイクロコンピュータによって所定の分解能に応じて、キャリッジ１６はＸ軸方向に移動され、ディスペンサー１０２、ディスペンサー１１４ならびにスピンドル２８はＺ軸方向に移動され、テーブル２２は回収槽２０とともにＹ軸方向に移動される。
【００４０】
従って、ディスペンサー１０２、ディスペンサー１１４ならびにスピンドル２８に支持されたエンドミル３０と、テーブル２２の上面２２ａにおいて形作られる三次元造形物との相対的な位置関係は、ＸＹＺ方向（図２におけるＸＹＺ直交座標系を示す参考図を参照する。）に任意に移動可能となる。
【００４１】
次に、ディスペンサー１０２は、シリンジ１０６に収容された低融点金属が供給されるように設計されており、ディスペンサー１０２において低融点金属を貯留する貯留部１０２ｈ（図３を参照する。）および低融点金属吐出部１０２ｉ（図３を参照する。）の外周面には、そのほぼ全長にわたってヒーター１０２ｂが配設されている。このヒーター１０２ｂによって貯留部１０２ｈおよび低融点金属吐出部１０２ｉを加熱することにより、ディスペンサー１０２の内部に貯留された低融点金属を所定の温度に加熱して液状に維持することができる。
【００４２】
なお、後述するように、ヒーター１０２ｂによって所定の温度まで加熱されて液状に維持された低融点金属は、ディスペンサー１０２の下端部１０２ａから下方へ吐出され、所定の位置に所定量塗布されるように制御されている。
【００４３】
また、ディスペンサー１１４は、図示しないタンクに収容された紫外線硬化樹脂が供給されるように設計されており、図示しないタンクから供給された造形材料を貯留するシリンジ１１４ｂと連結されたディスペンサー１１４の先端に位置する吐出口１１４ａから、造形材料が１滴１滴吐出される。こうしてディスペンサー１１４の吐出口１１４ａから吐出される造形材料は、飛滴となって所定の位置に所定量塗布されるように制御されている。
【００４４】
次に、図３（ａ）（ｂ）にはディスペンサー１０２の一部断面概略構成説明図が示されているが（図３（ａ）はディスペンサー１０２のＡ矢視図（上面図）であり、図３（ｂ）は正面図である。）、ディスペンサー１０２は、略円筒形状の内筒１０２ｃと外筒１０２ｄとを有する二重構造を備えている。
【００４５】
ここで、内筒１０２ｃの下方部位には貯留部１０２ｈが形成されており、その上端部１０２ｅには蓋１０２ｆが配設されている。
【００４６】
上記した蓋１０２ｆは、上端部１０２ｅに架橋されたロッド１０２ｇに回動自在に軸支されている。このロッド１０２ｇにはコイルバネ１０２ｊが巻回されており、コイルバネ１０２ｊの一方の端部はロッド１０２ｇに係止され、その他方の端部は蓋１０２ｆに係止されていて、コイルバネ１０２ｊは、蓋１０２ｆが内筒の１０２ｃの上部開口部１０２ｋを閉塞するように付勢している。
【００４７】
従って、蓋１０２ｆに対してコイルバネ１０２ｊの付勢力よりも大きな下方への力が作用すると、蓋１０２ｆはロッド１０２ｇを回転軸として下方に回転して上部開口部１０２ｋが開放されるが、蓋１０２ｆに対してコイルバネ１０２ｊの付勢力よりも大きな下方への力が作用しない限りは、上部開口部１０２ｋは蓋１０２ｆにより閉鎖された状態が維持される。
【００４８】
一方、外筒１０２ｄにおける内筒１０２ｃの下方領域には、低融点金属吐出部１０２ｉが設けられており、低融点金属吐出部１０２ｉには開閉自在な弁機構１０８が配設されている。
【００４９】
この弁機構１０８は貯留部１０２ｈと連結されており、弁機構１０８により貯留部１０２ｈに貯留された低融点金属の吐出が制御される。
【００５０】
なお、低融点金属吐出部１０２ｉには、弁機構１０８の下流側に、弁機構１０８から排出された低融点金属の流路となる管１１０ｂ、管１１０ｂに連結されたノズル押し当て部材１１０ならびに低融点金属を回転させながら吐出するためのノズル１１２が配設されている。
【００５１】
弁機構１０８は、中央部側面に凸部１０８ｇを有し、凸部１０８ｇより上方の側面に、コイルバネ１０８ａが巻回されている。このコイルバネ１０８ａは拡開方向への付勢力を有し、貯留部１０２ｈから流れてきた低融点金属をせき止める弁機構１０８の末端部である開閉部１０８ｃが閉塞した状態を維持できるように、一方の端部は貯留部１０２ｈの下端部に係止され、その他方の端部は凸部１０８ｇに係止されている。
【００５２】
また、低融点金属の流路である管１１０ｂの外周面には、コイルバネ１１０ａが巻回されており、コイルバネ１１０ａの一方の端部は流路内側凸部１１０ｃに係止され、他方の端部はノズル押し当て部材１１０の上端部に係止されている。コイルバネ１１０ａは、ノズル押し当て部材１１０とノズル１１２とが密着するように、ノズル押し当て部材１１０を下方へ付勢している（図３および図５を参照する。）。
【００５３】
そして、弁機構１０８の末端部である開閉部１０８ｃの側面には、管１０８ｂを流れてきた低融点金属が通る流路１０８ｄが存在し、その末端部である１０８ｅは、開閉部１０８ｃが開放状態の時のみ通じる流路１０８ｆに通じており、流路１０８ｆは管１１０ｂへと連結されている。
【００５４】
次に、ディスペンサー１０２外面には、蓋１０２ｆと貯留部１０２ｈ上端部との間の側面と、弁機構１０８が有する開閉部１０８ｃ付近の側面との二ヶ所に、気圧調整手段１０３および弁開閉手段１０４からのガスを供給するための貫通孔が穿設されている。
【００５５】
気圧調整手段１０３および弁開閉手段１０４は、三次元造形装置１００の設置面に対して平行であるようにディスペンサー１０２の側面に配置されていて、気圧を制御するためのポンプ（図示せず。）と連通した略円筒形状を備えている。気圧調整手段１０３はディスペンサー１０２上部に気体を供給するための貫通孔へ接続されており、また、弁開閉手段１０４はディスペンサー１０２の下部に気体を供給するための貫通孔へ接続された連結管１０４ｂを有する。
【００５６】
続いて、図４を参照しながら、ディスペンサー１０２へ材料の供給を行うシリンジ１０６の構造について詳細に説明する。
【００５７】
シリンジ１０６は、略円筒形状を備えていて、その上端および下端は開放されている。シリンジ１０６の中央部外周には、ＩＨヒーター１０６ａが配設されており、このため、中央部の外周は上部および下部に比べると径が大きくなっている。また、中央部の底部には、ホルダー１２０に穿設されている貫通孔の直径と同じ長さでその貫通孔に嵌合可能であるような凸部１０６ｃが設けられている。
【００５８】
シリンジ１０６内部は、中央部下端付近で内径が変わり、上部よりも下部は径が小さくなっている。上部と下部の径の違いにより生じた部分が受け皿となるため、図４（ｂ）の形状に成形された固体状態の低融点金属を、上部より充填しシリンジ１０６内部にとどめておくことが可能になっている（図４（ｃ）を参照する。）。
【００５９】
このような、その内部に低融点金属を有するシリンジ１０６が、ホルダー１２０の貫通孔に二つ嵌入して配置されている。
【００６０】
なお、この三次元造形装置においては、シリンジ１０６と、ＩＨヒーター１０６ａと、ディスペンサー１０２と、ヘッド１５とにより材料自動供給装置が構成されている。
【００６１】
以上の構成において、上記した三次元造形装置１００の動作について説明するが、こうした三次元造形装置による造形材料の吐出ならびに造形材層および補助材層の切削の動作の制御については、例えば、特開２００５−３１９６３４号公報に開示されているように公知の技術であるので、その詳細な説明は省略することとする。以下においては、本発明の実施に関連する三次元造形装置１００による補助材料である低融点金属を吐出する際の動作について、図５乃至図８を参照しながら説明する。
【００６２】
はじめに、シリンジ１０６からディスペンサー１０２へと補助材料である低融点金属を供給する際の動作について説明するが、シリンジ１０６からディスペンサー１０２へと補助材料である低融点金属を供給するには、それぞれ独立して存在しているディスペンサー１０２とシリンジ１０６とを接続する必要がある。
【００６３】
そのため、まず、ディスペンサー１０２の蓋１０２ｆの中心が、シリンジ１０６の下端部１０６ｂの中心の真下に位置するように、キャリッジ１６をＸ軸方向へ移動させて、ディスペンサー１０２の位置を調節する。
【００６４】
次に、シリンジ１０６の下端部１０６ｂがディスペンサー１０２に挿入されるように、Ｚ軸方向へヘッド１５を動かす。ディスペンサー１０２の蓋１０２ｆがシリンジ１０６の下端部１０６ｂに押し下げられ、シリンジ１０６の中央部の底部がディスペンサー１０２の上端にぶつかるまでディスペンサー１０２を上昇させる。
【００６５】
こうした動作によりディスペンサー１０２とシリンジ１０６とが接続され、ディスペンサー１０２はシリンジ１０６から補助材料である低融点金属を受け入れ可能な状態になる（図５を参照する。）。
【００６６】
次に、低融点金属をディスペンサー１０２へ移動させるため、固体状態の低融点金属を加熱により液体状態に変化させるため、シリンジ１０６に配設されたＩＨヒーター１０６ａの電源を入れる。
【００６７】
ＩＨヒーター１０６ａにより加熱された低融点金属は、例えば、約２分間ですべてが融解し液体状態となり、シリンジ１０６からディスペンサー１０２の貯留部１０２ｈへ移動する。一つのシリンジから貯留部１０２ｈには、例えば、約５０ｍｌの低融点金属が供給される。
【００６８】
この状態で、ディスペンサー１０２の貯留部１０２ｈに低融点金属が貯留され、補助材料吐出可能な状態となる。なお、この際に、低融点金属の固化を防ぐために、ディスペンサー１０２の外周に配設されたシート状のヒーター１０２ｂの電源を入れておく。
【００６９】
ディスペンサー１０２への低融点金属の供給完了後、ディスペンサー１０２はＸ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能なように、シリンジ１０６と分離しておく必要がある。
【００７０】
このため、シリンジ１０６をディスペンサー１０２へ挿入した場合と逆の手順で、ヘッド１５を下方へ移動させシリンジ１０６の下端部１０６ｂをディスペンサー１０２の開放部１０２ｋから引き抜く。
【００７１】
ディスペンサー１０２とシリンジ１０６が分離されると、ディスペンサー１０２の蓋１０２ｆはコイルバネ１０２ｊの付勢力により自動的に閉鎖され、この状態でディスペンサー１０２は、貯留部１０２ｈに補助材料である低融点金属を内蔵するとともに、Ｘ軸方向およびＺ軸方向へ移動自在な状態となる（図６を参照する。）。
【００７２】
次に、貯留部１０２ｈに貯留された低融点金属を下方へ移動させるため、気圧調整手段１０３を稼働させ、図６に示したＡ矢印方向へ空気を送り、ディスペンサー１０２の内部において図６に示したＢ矢印方向に圧力をかける。
【００７３】
Ｂ方向への圧力により、低融点金属は下方へ押され、貯留部１０２ｈから弁機構１０８内部へ移動し、弁機構１０８の端部である開閉部１０８ｃ付近へ移動する。開閉部１０８ｃ付近まで移動した低融点金属は、開閉部１０８ｃの側面に有する流路１０８ｄへ流れ、その端部１０８ｅで止まる（図７（ａ）を参照する。）。
【００７４】
低融点金属を吐出するには、弁機構１０８を作動させて開閉部１０８ｃを開放し、流路１０８ｄの端部１０８ｅと開閉部１０８ｃの先に存在する流路１０８ｆを接続する必要がある。
【００７５】
ここで、開閉部１０８ｃを開放して弁機構１０８を開放状態にするため、弁開閉手段１０４よりの連結管１０４ｂへ加圧した空気を送り、図７に示したＣ矢印方向へ風圧をかけるようになされている。
【００７６】
Ｃ方向への風圧は弁機構１０８が有する凸部１０８ｇに作用するように位置設定されており、従って、Ｃ方向への風圧が弁機構１０８を閉塞状態にしているコイルバネ１０８ａのもつ付勢力以上の大きさであるならば、弁機構１０８全体が上方へ移動することになる。
【００７７】
この状態で、弁機構１０８の開閉部１０８ｃは開放され、流路１０８ｄと流路１０８ｆとが連通し、端部１０８ｅにとどまっていた低融点金属は流路１０８ｆを流れ、下方向への圧力に促されることによりさらに下方に接続されている管１１０ｂへと到達する（図７（ｂ）を参照する。）。
【００７８】
管１１０ｂへと流れてきた低融点金属は、その下方に存在するノズル押し当て部材１１０を通過し、ノズル１１２の上端部に到達する。低融点金属はノズル１１２の溝１１２ａへ外側端部１１２ａａより入り、外側端部１１２ａａから中心部の窪みに向かい、溝１１２ａに沿って回転して進む（図８を参照する。）。
【００７９】
そして、ディスペンサー１０２内にかかる図６に示したＢ矢印方向への圧力および溝１１２ａを通ることで得た回転力とを有する低融点金属は、吐出口１１２ｂより噴霧される。
【００８０】
以上の動作により、シリンジ１０６に収容されていた低融点金属はディスペンサー１０２より吐出される。
【００８１】
なお、ディスペンサー１０２の貯留部１０２ｈに貯留されていたすべての低融点金属を吐出した場合には、ホルダー１２０に載置されているシリンジ１０６’から、上記と同様の操作を行うことにより低融点金属を供給することができる。
【００８２】
上記したようにして、本発明による材料自動供給装置の実施の形態の一例を備えた三次元造形装置１００においては、ディスペンサー１０２へ低融点金属を供給を希望する場合のみ、低融点金属を備えたシリンジ１０６と接続するように構成されている。
【００８３】
このため、必要量以上の液体状態の低融点金属をディスペンサーに貯留する必要がなく、シート状ヒーターの加熱で液体状態を維持できる量のみをディスペンサーに貯留できるので、低融点金属が偏析する恐れがない。
【００８４】
また、シリンジ１０６からディスペンサー１０２へ低融点金属を移動させる時のみ、シリンジ１０６に配設されたＩＨヒーター１０６ａの電源を入れておけばよく、必要時以外はＩＨヒーター１０６ａの電源を切っておくことができるので、コストを削減することができる。
【００８５】
さらに、シリンジ１０６に固体状態の低融点金属を充填する場合に成形された低融点金属は、ＩＨヒーター１０６ａの熱により外周部分から徐々に融解していくが、底部が凹形状であるため、遅れて融解する中央部分が塊の状態のまま下方に落ちていくことはないので、シリンジ１０６内やディスペンサー１０２内で、低融点金属により閉塞する恐れがない。
【００８６】
さらにまた、ディスペンサー１０２の上端部は、蓋１０２ｆを閉じた状態に維持し外部と遮断されているため、ディスペンサー１０２の上部開口部１０２ｋからディスペンサー１０２内の空気が漏れることがなく、内部の気圧を一定に保つことが可能である。
【００８７】
そのため、図６に示したＢ矢印方向への力が弱まらずに、安定した速度で吐出を続けることが可能である。
【００８８】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（３）に示すように変形することができるものである。
【００８９】
（１）上記した実施の形態においては、ホルダー１２０に穿設された貫通孔は二つであったが、これに限られるものではないことは勿論であり、一つまたは複数の貫通孔を設けて、一つまたは複数のシリンジを載置するようにしてもよい。
【００９０】
（２）上記した実施の形態においては、補助材料として低融点金属を用い、造形材料として紫外線硬化樹脂を用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、各種材料を補助材料あるいは造形材料として用いるようにしてもよい。
【００９１】
例えば、補助材料としては、ワックスなどの熱可塑性樹脂のような低融点樹脂などの低融点材料を用いるようにしてもよいし、造形材料としては、紫外線とは異なる放射線の可視光や電子線あるいはその他の光によって硬化する水に不溶の光硬化樹脂を用いるようにしてもよい。
【００９２】
（３）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、試作や量産での部品製作やデザインモデルを製作する際などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】図１は、従来の三次元造形装置の一部を示した説明図である。
【図２】図２は、本発明による材料自動供給装置を備えた三次元造形装置の実施の形態の一例を示す概略構成説明図である。
【図３】図３は、図２に示す三次元造形装置の一部を拡大して示した概略構成説明図であり、（ａ）は補助材料のディスペンサー上部の端面図であり、（ｂ）は補助材料のディスペンサーの部分断面説明図である。
【図４】図４は、図２に示す三次元造形装置のシリンジを説明する概念構成説明図であり、（ａ）はシリンジの斜視説明図であり、（ｂ）は低融点金属の形状を示した概念図であり、（ｃ）はシリンジの断面説明図である。
【図５】図５は、図２に示す三次元造形装置の実施の形態の一例の一部を拡大して示した部分断面説明図であり、補助材料のディスペンサーとシリンジとを接続した状態を示しているものである。
【図６】図６は、図２に示す三次元造形装置の実施の形態の一例の一部を拡大して示した部分断面説明図であり、補助材料のディスペンサー内に低融点金属が供給された状態を示しているものである。
【図７】図７（ａ）および（ｂ）は、図２に示す三次元造形装置の補助材料のディスペンサーの一部を拡大して示した断面説明図である。
【図８】図８（ａ）は、図２に示す三次元造形装置の補助材料のディスペンサーが有するノズル下部の端面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１０、１００ 三次元造形装置
１１ テーブル
１２ アーム部
１２Ｂ 底部
１２Ｒ、１２Ｌ 支持部
１４ レール部
１５ ヘッド
１６ キャリッジ
１８ フレーム部
２０ 回収槽
２２ テーブル
２２ａ 上面
２４、２６、１０２、１１４ ディスペンサー
２８ スピンドル
３０ エンドミル
１０２ａ 下端部
１０２ｂ ヒーター
１０２ｃ 内筒
１０２ｄ 外筒
１０２ｅ 上端部
１０２ｆ 蓋
１０２ｇ ロッド
１０２ｈ 貯留部
１０２ｉ 低融点金属吐出部
１０２ｊ コイルバネ
１０２ｋ 上部開口部
１０３ 気圧調整手段
１０４ 弁開閉手段
１０４ａ 支持部
１０４ｂ 連結管
１０６、１０６’ シリンジ
１０６ａ ＩＨヒーター
１０６ｂ 下端部
１０６ｃ 凸部
１０８ 弁
１０８ａ コイルバネ
１０８ｂ 管
１０８ｃ 開閉部
１０８ｄ 流路
１０８ｅ 末端部
１０８ｆ 流路
１０８ｇ 凸部
１１０ ノズル押し当て部材
１１０ａ コイルバネ
１１０ｂ 管
１１０ｃ 流路内側凸部
１１２ ノズル
１１２ａ 溝
１１２ａａ 外側端部
１１２ｂ 吐出口
１１４ａ 吐出口
１１４ｂ シリンジ
１２０ ホルダー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスペンサーに材料を供給する装置において、
下方部位に下部開口部を備えるとともに補助材料として固体状態の材料を収容可能な容器と、
前記容器内の前記固体状態の材料を加熱して液化する加熱手段と、
上方部位に上部開口部を備えるとともに下方部位に吐出開口部を備え、前記上方部位から供給された液体状態の材料を前記吐出開口部から吐出可能なディスペンサーと、
前記容器と前記ディスペンサーとを相対的に移動して、前記容器の前記下部開口部と前記ディスペンサーの前記上部開口部とを接続または分離する移動手段と
を有し、
前記移動手段により前記容器の前記下部開口部と前記ディスペンサーの前記上部開口部とが接続された状態において、前記加熱手段により前記固体状態の材料を加熱して液化し、該液化により液体状態となった前記容器内の材料を前記下部開口部から前記上部開口部を介して前記ディスペンサー内へ供給する
ことを特徴とする材料自動供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の材料自動供給装置において、
前記加熱手段は、前記容器の外周部位に配設され、前記容器内の前記固体状態の材料を加熱して液化する電磁誘導加熱ヒーターである
ことを特徴とする材料自動供給装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の材料自動供給装置において、
前記ディスペンサーは、前記容器から供給された液体状態の材料を加熱する加熱手段を有する
ことを特徴とする材料自動供給装置。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載の材料自動供給装置において、
前記ディスペンサーは、前記ディスペンサー内の気圧を調節する気圧調整手段を有する
ことを特徴とする材料自動供給装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４に記載の材料自動供給装置において、
前記材料は、低融点金属である
ことを特徴とする材料自動供給装置。
【請求項１】
ディスペンサーに材料を供給する装置において、
下方部位に下部開口部を備えるとともに補助材料として固体状態の材料を収容可能な容器と、
前記容器内の前記固体状態の材料を加熱して液化する加熱手段と、
上方部位に上部開口部を備えるとともに下方部位に吐出開口部を備え、前記上方部位から供給された液体状態の材料を前記吐出開口部から吐出可能なディスペンサーと、
前記容器と前記ディスペンサーとを相対的に移動して、前記容器の前記下部開口部と前記ディスペンサーの前記上部開口部とを接続または分離する移動手段と
を有し、
前記移動手段により前記容器の前記下部開口部と前記ディスペンサーの前記上部開口部とが接続された状態において、前記加熱手段により前記固体状態の材料を加熱して液化し、該液化により液体状態となった前記容器内の材料を前記下部開口部から前記上部開口部を介して前記ディスペンサー内へ供給する
ことを特徴とする材料自動供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の材料自動供給装置において、
前記加熱手段は、前記容器の外周部位に配設され、前記容器内の前記固体状態の材料を加熱して液化する電磁誘導加熱ヒーターである
ことを特徴とする材料自動供給装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の材料自動供給装置において、
前記ディスペンサーは、前記容器から供給された液体状態の材料を加熱する加熱手段を有する
ことを特徴とする材料自動供給装置。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載の材料自動供給装置において、
前記ディスペンサーは、前記ディスペンサー内の気圧を調節する気圧調整手段を有する
ことを特徴とする材料自動供給装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４に記載の材料自動供給装置において、
前記材料は、低融点金属である
ことを特徴とする材料自動供給装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２５３０６９（Ｐ２００７−２５３０６９Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８１０１７（Ｐ２００６−８１０１７）
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【出願人】（０００１１６０５７）ローランドディー．ジー．株式会社 (163)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【出願人】（０００１１６０５７）ローランドディー．ジー．株式会社 (163)
【Ｆターム（参考）】
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