特許ウォッチ

公開番号2025032366
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-11
出願番号2024221309,2021166856
出願日2024-12-18,2021-10-11
発明の名称三次元積層造形用ホットエンド
出願人株式会社クボタケミックス
代理人弁理士法人丸山国際特許事務所
主分類B29C 64/118 20170101AFI20250304BHJP(プラスチックの加工;可塑状態の物質の加工一般)
要約【課題】本発明は、PVCのように焦げ付き易い材料をフィラメントとして用いても、ノズル詰まりを低減できる三次元積層造形用ホットエンドを提供する。
【解決手段】本発明の三次元積層造形用ホットエンド20は、フィラメント80が送給されるガイド孔41を有するガイド21と、前記ガイド孔に連通するノズル孔61を有し、ヒーター56が装着されたノズル22と、を具える三次元積層造形用ホットエンドであって、前記ノズルは、前記ノズル孔が開設され、樹脂製のノズル内筒部60と、前記ノズル内筒部の外周を包囲し、前記ヒーターが装着された金属製のノズル外筒部50と、を有しており、前記ノズル内筒部の先端は、前記ノズル外筒部から臨出しており、前記ノズル孔は、前記ノズル内筒部の前記先端で開口している。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
フィラメントが送給されるガイド孔を有するガイドと、
前記ガイド孔に連通するノズル孔を有するノズルと、
前記ノズルに装着されるヒーターを具える三次元積層造形用ホットエンドであって、
前記ノズルは、
前記ノズル孔が開設され
た
樹脂製のノズル内筒部と、
前記ノズル内筒部の外周を包囲し、前記ヒーターが装着された金属製のノズル外筒部と、
を有しており、
前記ノズル内筒部の先端は、前記ノズル外筒部から臨出しており、前記ノズル孔は、前記ノズル内筒部の前記先端で開口している、
三次元積層造形用ホットエンド。
続きを表示（約 790 文字）【請求項２】
前記ノズル孔は、拡径することなく先端側が縮径している、
請求項１に記載の三次元積層造形用ホットエンド。
【請求項３】
前記ノズル内筒部は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製である、
請求項１又は請求項２に記載の三次元積層造形用ホットエンド。
【請求項４】
前記ノズル孔は、表面粗さＲａが０．８μｍ以下である、
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の三次元積層造形用ホットエンド。
【請求項５】
前記ガイドは、
前記ガイド孔が開設され、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製のノズルキャップと、
前記ノズルキャップの外周を包囲し、前記ノズル外筒部と係合されるガイド外筒部と、
を有する、
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の三次元積層造形用ホットエンド。
【請求項６】
前記ノズル内筒部の前記ノズル孔及び前記ノズルキャップの前記ガイド孔の直径Ｄと、前記フィラメントの直径ｄは、
０．２２５ｍｍ≧（Ｄ－ｄ）／２≧０．０７５ｍｍ
である、
請求項５に記載の三次元積層造形用ホットエンド。
【請求項７】
前記ノズル孔内で前記フィラメントが加熱を受けて溶融するフィラメント溶融部の高さＬ０は、前記ノズル内筒部の高さＬ２よりも低い、
請求項１乃至請求項６の何れかに記載の三次元積層造形用ホットエンド。
【請求項８】
前記ノズル内筒部と前記ノズルキャップは、単一部品として形成されている、
請求項５又は請求項６に記載の三次元積層造形用ホットエンド。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れかに記載の三次元積層造形用ホットエンドを具える三次元積層造形装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元積層造形装置、所謂三次元プリンタで立体構造物を造形する際に、焦げ付き易いためフィラメント材質として不向きとされるＰＶＣ（ポリ塩化ビニル：polyvinyl chloride）等を材質とするフィラメントの使用を可能にする技術についてのものであり、それらの技術のうちフィラメントを押し出すホットエンドに関するものである。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
三次元プリンタの積層方式として、熱融解積層（ＦＤＭ：Fused Deposition Modeling）方式の三次元積層造形が知られている。ＦＤＭ方式の三次元積層造形装置では、平面内で移動可能なホットエンドから、溶融した熱可塑性樹脂製のフィラメントをプリントベッド上に順次積層して立体構造物を作製している。
【０００３】
ホットエンドは、一般にガイド、ノズル及びヒーターを具えた構成である。ガイドは、フィラメントを案内するガイド孔を有し、フィラメント送り装置から送給されたフィラメントはガイド孔を通過してノズルに進入する。ノズルには、ガイド孔と連通するノズル孔が形成される。ヒーターの装着方法は、（１）ノズルに設けられた孔に挿入、あるいは（２）ガイド－ノズル間にヒーターブロックとして外装、の２通りがある。以下の説明は上記（１）について述べるが、本発明は上記（１）・（２）の何れの場合でも適用可能である。
【０００４】
然して、フィラメント送り装置は、所定の送り込み力でフィラメントをガイド孔に送給する。ガイド孔に送給されたフィラメントは、ノズル孔に達し、ノズル孔内でヒーターによる加熱を受けて溶融する。そして、溶融フィラメントは、ノズル孔に順次送り込まれる未溶融のフィラメントの押し出し力によって、ノズル孔の先端から下方に向けて吐出される。
【０００５】
たとえば、特許文献１参照では、ノズルは、熱伝達率にすぐれるアルミ合金で作製している。
【０００６】
フィラメントは、ＡＢＳ樹脂（acrylonitrile butadiene styrene copolymer）やＰＬＡ（ポリ乳酸：poly（lactic acid））が一般的に使用されている。また、出願人は、特許文献２において、ＰＶＣをフィラメントの材料として提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１６－１０７４５６号公報
特開２０２０－１０４３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したフィラメントの材料のうち、とくにＰＶＣは、溶融すると金属表面に付着し易い。加熱溶融されたフィラメントがノズル孔内面に付着すると、摩擦抵抗が増加してフィラメントの流速が低下し、フィラメントの一部がノズル孔内で滞留を引き起こす。そして、滞留したフィラメントがノズル孔に焦げ付いて、ノズル詰まりが発生する虞がある。
【０００９】
また、フィラメントの未溶融部と溶融部との境界はノズル孔内にあるが、ノズルの温度が高い、または、造形速度が遅いなどの原因で、フィラメントへのヒーターによる加熱量が多くなると、この境界が上方に移動し、ガイドに達することがある。ノズルとガイドはネジ接続されているため、接続部には空隙が存在し、ガイドに達したフィラメント溶融部の一部はこの空隙に滞留する。ガイドの大部分はヒーターによる加熱の影響を受け難いため低温であるが、ノズルとの接続部は高温となるため、空隙に滞留したフィラメントは焦付きを生じる。空隙で発生した焦付きはノズル孔内にまで広がり、ノズル詰まりを生じさせることがある。
【００１０】
また、フィラメントがガイド孔を通過する間、上記のように未溶融のフィラメントには送り込み力と、溶融フィラメントを吐出させるための押し出し力に対する反力が作用する。これらによる圧縮荷重が、フィラメントの座屈許容荷重を越えると、フィラメントは波状に変形して座屈してしまう。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許