JP6592800B2 - 成型物を成型するシステム - Google Patents

Description

本発明は、粉体が液滴により結合されることにより成型される成型物を成型するシステムに関するものである。

特許文献１には、粉体及び液剤等の供給をシンプルな機構により実現することができる３次元造形装置、及びこれにより得られた造形物を提供することが記載されている。このため、特許文献１においては、粉体を貯留する造形ボックスを有する造形ユニットの移動
により、造形ボックスが所定の位置まで移動すると、インクジェットヘッドが、ヘッド駆動コントローラの制御に応じてインクの吐出を開始する。これにより、造形ステージ上に堆積された１層分の粉体層の所定の選択領域に、硬化層が形成されていく。造形ユニットが供給ユニット及びインクジェットヘッドに対して移動するので、供給ユニット及びイ
ンクジェットヘッドが、Ｙ方向に移動しなくても粉体の供給及びインクの吐出を行うことができる。

特開２０１０−２０８０６９号公報

粉体を使用した成型物を効率的に成型できるシステムが求められている。

本発明の一態様は、粉体が液滴により結合されることにより成型される第１の層を含む成型物を成型するシステムである。このシステムは、成型物を支持するベースと、少なくとも１つの開口を含むパターニングユニットと、パターニングユニットとベースとを相対的に位置合わせするユニットと、ベース上にパターニングユニットの開口を介して粉体を供給する粉体供給ユニットと、ベース上のパターニングユニットの開口内の領域に液滴を吐出する吐出ユニットとを有する。

このシステムにおいては、ベースに対し位置合わせされたパターニングユニットの開口を介して粉体供給ユニットにより供給された粉体がベース上に積層される。したがって、パターニングユニットの開口により粉体を、成型物の第１の層に近い形状になるようにベース上に積層し、パターニングできる（予備成型、第１のパターニング、第１のパターニング工程）。次に、吐出ユニットにより開口内の領域に液滴を吐出することにより、成型物の第１の層に近い形状にパターニングされた粉体の層を、精度よく吐出された液滴により、所望の第１の層の形状にパターニングできる（本成型、第２のパターニング、第２のパターニング工程）。

したがって、このシステムを用いることにより、１つの層が２段階で成型され、第１の段階において、粉体をパターニングユニットの開口を介してベース上に積層して予備成型することにより、粉体を供給する領域を限定でき、供給に要する時間を短縮できるとともに粉体の無駄を抑制できる。したがって、成型に要する時間（タクトタイム）を短縮でき、さらに、粉体の使用量を削減できる。また、開口内に供給されず、パターニングユニット上に残った粉体を回収しやすいというメリットもある。

このシステムは、粉体供給ユニットと吐出ユニットとがパターニングユニットの上を一次元または二次元に移動することが望ましい。粉体供給ユニットおよび吐出ユニットは同期して動いてもよく、粉体供給ユニットを開口と第１のホームポジションとの間で移動する第１の移動ユニットと、吐出ユニットを開口と第２のホームポジションとの間で移動する第２の移動ユニットとを有していてもよい。粉体供給ユニットと吐出ユニットとを別々に動かした方がそれぞれのユニットの自由度が増す。第１のホームポジションと第２のホームポジションとは、開口に対し、異なる方向に配置されていてもよく、粉体供給ユニットと吐出ユニットとを同じ面内に配置しやすい。

このシステムは、１つの開口に異なる粉体を供給する複数の粉体供給ユニットを有していてもよい。パターニングユニットは複数の開口を含んでもよく、位置合わせするユニットは、ベースを複数の開口に順番に位置合わせする第３の移動ユニットを含み、当該システムは、複数の開口のそれぞれを介して同一または異なる粉体を供給する複数の粉体供給ユニットを含んでもよい。同一または異なる複数の層を含む成型物を効率的に成型できる。

パターニングユニットに設けられる複数の開口は、ジグザグに配置されてもよく、直線または円周に沿った第１の方向に沿って並んで配置されていてもよい。複数の開口に対してベースを相対的に移動する第３の移動ユニットが簡易になる。また、複数の粉体供給ユニットのそれぞれの第１のホームポジションを対応する開口に対し第１の方向に対して交差する方向に配置することによりシステムの構成が簡易になり小型化しやすい。

このシステムは複数のベースを含み、それらを複数の開口に位置合わせする第３の移動ユニットを含んでもよい。パイプライン方式で複数の成型物を製造できるのでスループットを向上でき、成型物の生産性の向上に寄与できる。

このシステムは、ベースに供給された粉体を、開口を介して押圧する押し型ユニットをさらに有していてもよい。押し型ユニットにより紛体に圧力をかけて押しつぶした後に、液滴を吐出することにより成型品の硬度を上げる効果が期待できる。

さらに、このシステムは、パターニングユニットおよび／またはベースから、粉体を回収するユニットを有してもよい。成型物を形成しない余剰に供給された粉体を回収して、再利用しやすい。

成型物の第１の層は、第１の外周を備え、パターニングユニットの開口は第１の外周を囲う第１の内周を備え、吐出ユニットは、開口内の第１の外周内に液滴を吐出するものであってもよい。第１の内周の直径または対角長ｒｉと第１の外周の直径または対角長ｒｏとは、以下の条件（１）または条件（２）を満たすことが望ましい。
１＜ｒｉ／ｒо＜１．２・・・（１）
０．２ｍｍ＜ｒｉ−ｒｏ＜１０ｍｍ・・・（２）
条件（１）の比率（ｒｉ／ｒо）の上限は、１．１５であることが好ましく、１．１であることがさらに好ましい。比率（ｒｉ／ｒо）の下限は、１．０２であることが好ましく、１．０５であることがさらに好ましい。また、条件（２）の差分（ｒｉ−ｒｏ）は、６ｍｍ（片側３ｍｍ）以下であることが好ましく、４ｍｍ（片側２ｍｍ）以下であることがさらに好ましく、２ｍｍ（片側１ｍｍ）であることがさらに好ましい。ただし、ｒоが３ｍｍ以下と小さいときには差分（ｒｉ−ｒｏ）は０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下が望ましい。成型物を形成しない粉体の量をさらに低減できるとともに、完成した成型物をベースから崩れにくい状態で取り出すことができる。

吐出ユニットは、同一の開口内に、異なる種類の液滴を吐出する複数のヘッドを含んでもよい。同一の開口に供給される粉体により液滴の濃度や成分を変えたり、第１の層の領域（場所、位置）により液滴の濃度や機能成分、色材成分などを変更することにより各層の強度や粒径、含有成分、色などの特性を自由に制御できる。

吐出ユニットは、第１の層の外周領域とその外周領域の内側の領域とに異なる密度で液滴を吐出するヘッドを含んでいてもよい。たとえば、外側（外郭）が硬く、内部が軟らかい成型物を成型できる。吐出ユニットの一例は、ピエゾインクジェット、バブルインクジェット、静電インクジェット、音波式インクジェットのいずれかまたは複数を含むものである。

このシステムで成型される成型物の一例は錠剤である。紛体を液滴で結合させることにより成型されるものであれば、他の成型物であってもこのシステムにより成型できる。

本発明の他の態様の１つは、上記のいずれかに記載のシステムにより成型された錠剤である。高価な粉体の使用量を低減できるとともに、粉体を回収して、再利用することができる。

本発明の異なる他の態様の１つは、上記のシステムを用いて成型物に含まれる少なくとも１つの層を成型する方法であり、以下のステップおよび工程を有する。
１．パターニングユニットとベースとを相対的に位置合わせすること。
２．粉体供給ユニットにより、ベース上にパターニングユニットの開口を介して粉体を供給する第１のパターニング工程。
３．吐出ユニットにより、ベース上のパターニングユニットの開口内の領域に液滴を吐出する第２のパターニング工程。

位置合わせすることは、複数の開口に対しベースを順番に位置合わせすることを含むものであってもよい。

第２のパターニング工程は、成型物の外周領域とその外周領域の内側の領域とに異なる密度で、または異なる液滴を吐出することを含んでいてもよい。成型物の一例は複数層を含む錠剤である。

本発明のさらに異なる他の態様の１つは、少なくとも１つの層を含む成型物の製造方法である。この製造方法は、上記に記載の方法により少なくとも１つの層を成型することを含む。

システムの全体の概略構成を示す平面図。 システムの全体の概略構成を示す断面図。 システムにより成型物を成型する過程を示すフローチャート。 システムにより成型物を形成する様子を模式的に示す断面図であり、図４（ａ）はベースを開口に位置合わせする様子を示し、図４（ｂ）はベースのテーブルを開口に挿入した様子を示し、図４（ｃ）は粉体供給ユニットが粉体を供給する様子を示し、図４（ｄ）は、押し型ユニットにより押圧する様子を示し、図４（ｅ）は吐出ユニットが液滴を吐出する様子を示し、図４（ｆ）は粉体を回収する様子を示している。 描画パターンの一例を示す図。 描画パターンの他の例を示す図。 描画パターンの異なる他の例を示す図。

図１に、システムの全体の概略構成を平面図により示している。図１は、図２のＩ−Ｉ線により示している。図２に、システムの全体の概略構成を図１のＩＩ−ＩＩ線から見た断面図により示している。このシステム１は、粉体が液滴により結合されることにより成型される複数の層１１を含む成型物１０を成型するシステムであり、３次元造形システム（３次元造形装置）などと呼ばれるものである。

この成型システム（成型装置）１により成型および製造される成型物１０の一例は錠剤である。錠剤の原料となる粉体としては、錠剤１０の有効成分となる薬に対して、乳糖（Pharmtose）やスターチ（でんぷん）などを添加した粉末状、顆粒状のものを挙げることができる。添加材としてスターチを用いることにより、錠剤１０は水などの液体に入れると崩壊しやすくなる。また、粉体に滴下する液滴は、粉体を結合するバインダーとして機能するものであり、水やアルコールなどの液体にでんぷん、ゼラチン、糖、セルロースなどを溶解させた溶液を挙げることができる。これらの液体は、一般的に錠剤の製造に使用されものであってもよい。なお、粉体に予め滴下する液と反応する成分をコーティングや混練しておいても良い。

このシステム１は、それぞれ成型物１０を支持する複数のベース（造形テーブル）５０ａ〜５０ｅと、複数の開口２１ａ〜２１ｄを含むパターニングユニット２０と、複数のベース５０ａ〜５０ｅと複数の開口２１ａ〜２１ｄを含むパターニングユニット２０とを相対的に動かして順番に位置合わせするユニット（第３の移動ユニット）５５と、パターニングユニット２０と位置合わせされたそれぞれのベース５０ａ〜５０ｅ上に、パターニングユニット２０の開口２１ａ〜２１ｄを介して粉体８を供給する複数の粉体供給ユニット３０ａ〜３０ｄと、開口２１ａ〜２１ｄ内の粉体が供給された領域、すなわち、開口２１ａ〜２１ｄによりそれぞれ囲われる領域Ｆに液滴を吐出する吐出ユニット（液滴吐出ユニット、ピエゾ方式やバブル方式、静電方式、音波式等からなるインクジェットユニット）４０と、これらパターニングユニット２０、ベース５０ａ〜５０ｅ、粉体供給ユニット３０ａ〜３０ｄおよび吐出ユニット４０などを制御する制御ユニット９０とを含む。なお、以降において複数の開口２１ａ〜２１ｄのいずれかを代表して示す場合は開口２１と記載することがある。ベース５０ａ〜５０ｅにおいても同様にベース５０と示すことがある。その他の複数の構成要素についても同様である。

本実施例においては、パターニングユニット２０は、直線（第１の方向）７に沿って並んだ４つの円形（円筒状）の開口２１ａ〜２１ｄを含む。それぞれのベース５０ａ〜５０ｅは、それぞれの開口２１ａ〜２１ｄに位置合わせされた後に開口２１ａ〜２１ｄのそれぞれに挿入される円形（円柱状）のテーブル（造形テーブル）５１を含み、テーブル５１が開口２１ａ〜２１ｄの内部で上下に移動する。４つの粉体供給ユニット３０ａ〜３０ｄは、４つの開口２１ａ〜２１ｄのそれぞれに対応するように配置されており、ホームポジションＰ１と開口２１ａ〜２１ｄとの間を動く粉体供給ヘッド（粉体ヘッド）３１をそれぞれ含む。吐出ユニット４０は、ホームポジションＰ２から開口２１ａ〜２１ｄが並んだ直線７に沿って動き、これら４つの開口２１ａ〜２１ｄに順番に液滴を吐出する吐出ヘッド４１を含む。さらに、システム１は、パターニングユニット２０のそれぞれの開口２１ａ〜２１ｄに対して順番に位置合わせされる５つのベース（造形テーブル）５０ａ〜５０ｅを含む。

システム１は、それぞれのベース５０ａ〜５０ｅに供給された粉体８を、位置合わせされたそれぞれの開口２１ａ〜２１ｄを介して押圧する４つの押し型ユニット６０を含む。それぞれの押し型ユニット６０は、開口２１に挿入される円形（円柱状）のプレスヘッド（金型、上型）６１と、プレスヘッド６１をホームポジションＰ３と開口２１との間で上下に動かす駆動ユニット（アクチュエータ）６５とを含み、開口２１内においてプレスヘッド６１とテーブル５１とによりテーブル５１の上に供給された粉体８がプレスされる。

システム１は、さらに、パターニングユニット２０の各開口２１ａ〜２１ｄに対応した位置に配置された４つの粉体回収ユニット７０を含む。粉体回収ユニット７０の一例は、粉体８を吸引して回収する機構（粉体吸引機構）である。４つの粉体供給ユニット３０ａ〜３０ｄは、４つの開口２１ａ〜２１ｄのそれぞれに対応するように配置されているので、それぞれの粉体供給ユニット３０ａ〜３０ｄにより粉体８が供給および積層されるエリアＡはそれぞれの開口２１ａ〜２１ｄの内部とその近傍に限定される。したがって、各開口２１ａ〜２１ｄに対応した粉体回収ユニット７０を設けることにより、粉体供給ユニット３０ａ〜３０ｄから供給される粉体８の種類が異なる場合であっても、１層成型ごとに、造形に使用されずにパターニングユニット２０および造形テーブル５１の上に残った粉体８をそれぞれ回収できる。したがって、システム１で複数種類の粉体８を取り扱う際にも、それぞれの粉体８が混ざり合う前にそれぞれの粉体８を個別に回収でき、パターニングユニット２０および造形テーブル５１上の粉体８の再利用が可能になる。粉体回収ユニット７０を設けることは、特に超音波振動などを用いたふるい形式により開口２１の上から粉体８を供給するタイプの粉体供給ユニット３０の場合に有効である。

制御ユニット（制御装置）９０は、ＣＰＵおよびメモリを含み、それぞれのベース５０を移動してパターニングユニット２０のそれぞれの開口２１に位置合わせする機能９１と、位置合わせされた開口２１にベース５０のテーブル５１を挿入して高さを調整する機能９２と、パターニングユニット２０の開口２１に位置合わせされたベース５０、具体的には開口２１に挿入されたテーブル５１の上の開口２１により囲まれた領域Ｆに、粉体供給ユニット３０により粉体８を供給して第１のパターニングを行う機能９３と、開口２１内の領域Ｆに吐出ユニット４０により液滴９を吐出して第２のパターニングを行う機能９４と、粉体回収ユニット７０により粉体８を回収する機能９５とを含む。

第２のパターニングを行う機能９４は、吐出ユニット４０がインクジェットとしての機能を有するので、その機能を用いてオンデマンドで液滴９を吐出して、場所により液滴９の吐出密度（解像度）を制御したり、吐出する液滴の種類を制御したりする機能（液滴制御機能）９６を含んでいてもよい。

図３に、このシステム１で成型物１０を成型する過程を、１つのベース５０に着目して示している。また、図４に各ステップを１つのベース５０に着目して拡大して示している。図３に示すように、このシステム１においては、パターニングユニット２０と粉体供給ユニット３０と、吐出ユニット４０により、二段階のパターニングを行い、１つの層１１を成型する。

まず、ステップ８１（図４（ａ））において、パターニングユニット２０とベース５０とを相対的に位置合わせする。このシステム１においては、パターニングユニット２０がシャーシ２に固定されており、位置合わせする機能９１が、第３の移動ユニット５５によりベース５０を移動することにより位置合わせする。さらに具体的には、パターニングユニット２０の何れかの開口２１と、ベース５０（テーブル５１）とを位置合わせする。

ステップ８２（図４（ｂ））において、高さ調整する機能９２が、ベース５０のテーブル５１を位置合わせされた開口２１に挿入する。機能９２は、テーブル５１を開口２１に挿入する前に、第３の移動ユニット５５により、開口２１の形状とテーブル５１の形状とを合わせたり、開口２１とテーブル５１の上にすでに成型された成型品１０の部分（積層体）１３とを位置合わせしたり、円筒形で外周形状は同じでも、成型品１０の偏りをなくしたり、あるいは偏りを設けるために、テーブル５１を適当な角度で回転させてもよい。

次に、ステップ８３（図４（ｃ））において、ベース５０上（テーブル５１上）にパターニングユニット２０の開口２１を介して粉体供給ユニット３０により粉体８を供給する（第１のパターニング工程）。第１のパターニングを行う機能９３により、第１のパターニング工程において、粉体８を、パターニングユニット２０を用いてパターニング（予備成型）することにより、粉体８を無駄に供給することを抑制できるので、供給時間（タクトタイム）を削減でき、粉体８の浪費も削減でき、さらに粉体８の回収に係る時間も削減できる。

開口２１を備えたパターニングユニット（マスク）２０を用いて粉体８をパターニングする精度は、インクジェットにより液滴を吐出して成型する精度と比較すると低い。したがって、開口２１のサイズ、本例においては直径（第１の内周２２の直径）ｒｉは、成型される層（第１の層）１１の直径（第１の外周１２の直径）ｒｏより大きいことが望ましく、上述した条件（１）または（２）を満足することが望ましい。本例の比率（ｒｉ／ｒｏ）は１．１である。

また、開口２１に粉体８を確実に振り込むために、粉体供給ユニット３０の粉体供給ヘッド３１は、パターニングユニット２０の開口２１を中心に、一辺の長さＬ１が直径ｒｉに対して比Ｌ１／ｒｉが１．１の四角形の領域Ａに粉体８を供給している。比率（Ｌ１／ｒｉ）と差分（Ｌ１−ｒｉ）とは以下の条件（３）または（４）を満足することが望ましく、隣接する領域Ａとの間で粉体８が交じり合わない適当な間隔が確保できる面積（領域）であることが望ましい。
１．０＜Ｌ１／ｒｉ＜１．２・・・（３）
０．２ｍｍ＜Ｌ１−ｒｉ＜１０ｍｍ・・・（４）
条件（３）の比率（Ｌ１／ｒｉ）の上限は、１．１５であることが好ましく、１．１であることがさらに好ましい。比率（Ｌ１／ｒｉ）の下限は、１．０２であることが好ましく、１．０５であることがさらに好ましい。また、条件（４）の差分（Ｌ１−ｒｉ）は、６ｍｍ（片側３ｍｍ）以下であることが好ましく、４ｍｍ（片側２ｍｍ）以下であることがさらに好ましく、２ｍｍ（片側１ｍｍ）であることがさらに好ましい。ただし、ｒｉが３ｍｍ以下と小さいときには差分（Ｌ１−ｒｉ）は０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下が望ましい。

粉体供給ヘッド３１が粉体８を供給する形状（面積）は四角形であってもよく、円形であってもよく、その場合のＬ１は直径に対応する。また、開口２１も内周形状は円形であってもよく、楕円、四角形であってもよく、その他の多角形であってもよく、第１の層１１の外周形状１６も円形であってもよく、楕円、四角形であってもよく、その場合の代表的な長さは開口２１と第１の層１１の外周形状１６とを対比できる長径、対角長などである。

粉体供給ヘッド３１は、開口２１を含む粉体エリアＡに超音波振動などを用いたふるい形式（篩タイプ）により開口２１の上方から粉体８を供給する（振り下ろす、振りかける）タイプであってもよく、ローラーやスキージなどにより開口２１に対して右左方向（Ｘ軸方向）または前後方向（Ｙ軸方向）に粉体８を均して平面状に供給するタイプでも良く、粉体８の別の供給方法としてはシャッター等により粉の容器の供給口を開閉するタイプや一定量の粉をスキージやローラーにより掻き出す機構等であってもよい。ふるい形式の場合は、供給する粉体８の範囲を制御しやすく、第１の層１１の高さ（厚み）は、供給する粉体８の吐出量で制御できる。一方、平面状に均すタイプの場合、ローラーなどにより粉体８を開口２１に均す（埋め込む、入れ込む）ように供給するため、供給される粉体８の量は、第１の内周２２のサイズｒｉおよびパターニングユニット２０の上面２３からベース５０までの深さ（位置）で規定され、第１の層１１の高さ（厚み）は、上面２３から積層体１３までの高さを第３の移動ユニット５５により調整することにより制御される。粉体８を均して供給するタイプの場合、それぞれの粉体供給ユニット３０と対になるように、ローラーやスキージで均されて開口２１に埋め込まれなかった余剰の粉体８を回収するユニットを備えていてもよい。粉体供給ヘッド３１から供給された余剰の粉体８をそれぞれのエリアＡから個別に回収でき、それらを再利用できる。

ステップ８４（図４（ｄ））において、押し型ユニット６０の押し型（プレスヘッド）６１が駆動ユニット６５により下降され、開口２１を介してテーブル５１に供給されて予備成型された粉体８の層１１が、テーブル５１を下型とし、プレッシャーヘッド（プレスヘッド）６１を上型として圧縮（プレス）される。この圧縮プロセスで所定の厚みが得られるように、ステップ８３において供給により積層される厚みが決定される。このシステム１においては、各層毎に圧縮プロセスを入れたり、入れなかったり、さらに、圧縮率を変えたりすることが可能であり、層単位で粉体８の密度を調整することが可能である。ステップ８４を行わない構成としてもよい。

ステップ８５（図４（ｅ））において、吐出ユニット４０により、ベース５０上のパターニングユニット２０の開口２１内の領域Ｆに（具体的には開口２１に挿入されたテーブル５１上の領域）に液滴９を吐出する（第２のパターニング工程）。高精度で液滴９を吐出できるインクジェット方式の吐出ヘッド４１を用い、第２のパターニングを行う機能９４は、設定された描画パターンにしたがって、層１１の最終形状（第１の外周１２）１６をパターニングする。したがって、精度の高い外周形状１６を備えた層１１およびそれらを備えた製品１０を製造できる。

図５に、描画パターン（吐出パターン）の一例を示している。吐出ユニット４０は、同一の開口２１内に、異なる液滴を吐出する複数の吐出ヘッド４１を含んでいてもよく、図５においては、２つの吐出ヘッド４１ａおよび４１ｂを含む。吐出ヘッド４１ａおよび４１ｂは、粉体８に対する硬化率（結合率）が異なる吐出液をそれぞれのタンク４３に収納しており、吐出ヘッド４１ａは硬化率の高い液滴９を吐出し、吐出ヘッド４１ｂは硬化率の低い液滴９を吐出する。

制御ユニット９０の液滴制御機能９６は、成型物（錠剤）１０の外周領域１４が硬く、その外周領域の内側の領域（内周領域）１５が軟らかくなるように作成（プログラミング）された描画パターン（画像パターン）ＤＰにしたがって、吐出ヘッド４１ａおよび４１ｂが吐出する液滴９をそれぞれ制御する。吐出ヘッド４１ａは、描画パターンＤＰにしたがって、第１の層１１の外周領域１４に硬化率の高い液滴９を吐出し、吐出ヘッド４１ｂは内周領域１５に硬化率の低い液滴９を吐出する。このようにして、外周領域１４が硬く、内周領域１５が軟らかくなるように成型された第１の層１１の第２のパターニングが行わる。

描画パターンＤＰにしたがってこれを複数層繰り返すことにより、外周領域１４がある程度硬いことにより取り扱いが容易でありながら、外郭（外周領域、外側）１４が体内の目的の個所で溶ける（崩れる、溶解する）ことにより、成型物１０の軟らかい内部（内周領域）１５が即座に分解、溶解、浸透しやすいという、錠剤に求められる構成の成型物１０を成型できる。また、外側１４に対して硬化率の高い液滴９を吐出することで、たとえば硬化率が低い液滴を第１の外周１２内に吐出した場合に、吐出された液滴９が周囲に（第１の外周１２の外にも）広がって（拡散して、滲んで）しまい、その結果、強固な錠剤１０を造形する事が困難になるという事態も発生しにくい。吐出ヘッド４１ｂが先に内周領域１５に吐出を行うように制御してもよい。

図６に、描画パターン（吐出パターン）の他の例を示している。吐出ユニット４０は、図５の吐出ヘッド４１ａおよび４１ｂに加え、さらに吐出ヘッド４１ｃを含む。吐出ヘッド４１ｃは、積層表面または内部積層に色材をパターニングして、文字や数字、画像等をマーキングする吐出ヘッドとして機能する。

図７に、描画パターン（吐出パターン）の異なる他の例を示している。図７においては、吐出ユニット４０は、１つの吐出ヘッド４１を含む。制御ユニット９０の液滴制御機能９６は、成型物１０の外周領域１４が硬く、内周領域１５が軟らかくなるように作成された描画パターンＤＰにしたがって、吐出ユニット４０が吐出する液滴９を制御する。具体的には、外周領域１４の液滴９の密度（解像度、吐出量）を高く（多く）、内周領域１５の液滴９の密度（解像度、吐出量）を低く（少なく）なるように制御する。吐出ヘッド４１は、描画パターンＤＰにしたがって、第１の層１１の外周領域１４に高密度で液低９を吐出し、同時に、または前後して内周領域１５に低密度で液滴９を吐出する。このようにして、外周領域１４が硬く、内周領域１５が軟らかくなるように成型された第１の層１１の第２のパターニングが行われる。

したがって、システム１は、１つの吐出ヘッド４１のみでも、描画パターンＤＰに従って、体内の目的の箇所で、即座に錠剤が分解、浸透可能な構造の錠剤１０を成型できる。外側１４に吐出する液滴９の種類を変えたり、外側１４の厚みを変えたりすることにより、錠剤１０の外側１４の腸溶性や徐放性を制御して、体内の目的の場所（部位）で、外郭１４が溶けるようにすることができる。外郭１４の硬度を高めることにより、表面が滑らかで飲みやすく、また錠剤１０の表面に文字や模様などを刻印したりしやすくなる。

ステップ８６（図４（ｆ））において、粉体回収ユニット７０によりパターニングユニット２０およびベース５０から余剰の粉体８を回収する。粉体８の回収が必要ない場合などは、ブロアやブラシなどによりパターニングユニット２０およびベース５０から粉体８を回収または除去してもよい。ステップ８６を行わない構成としてもよい。

回収が終了するとステップ８７において、次に成型する層１１が残っていれば、ステップ８１に戻って、次の層１１が形成される位置にベース５０を移動させて位置合わせし、上記の工程を繰り返す。すべての層が成型されれば、成型品（錠剤）１０が完成したので、ステップ８８において、排出ステーション３からハンドユニットやコンベアユニット（不図示）などにより自動で、または手動でシステム１の外に排出（回収）する。

粉体供給ユニット３０ａ〜３０ｄの粉体供給ヘッド３１ごとに供給される粉体８の種類、成分、サイズ（粒度）、粉体の状態（粉末、顆粒状）などを変えたり、さらに色素などを添加したりすることにより、複数の種類の粉体８を組み合わせた成型物（粉体積層体、造形物）１０を成型できる。粉体供給ユニット３０の数は、４つに限らず３つ以下であってよく、５つ以上であってもよい。さらに、粉体供給ユニット３０が供給する粉体８の種類も、４種類に限らず、３種類以下であってよく、５種類以上であってもよい。また、パターニングユニット２０の開口２１の数も、３つ以下であってもよく、５つ以上であってもよく、１つの開口に複数の粉体供給ユニット３０が粉体８を供給するように構成してもよい。

さらに、開口２１が沿って並ぶ第１の方向７も直線状に限らず、円周状なであってもよく、開口２１がジグザグ状や他の形状に沿って並んでいてもよい。開口２１の第１の内周２２のサイズｒｉが式（１）または（２）を満たすことにより、第１の外周１２の外側に供給され、成型物１０を構成しない粉体８の量を低減できるとともに、成型物１０の形状に近い状態で成型できるため、成型物１０の精度を高めやすい。さらに、完成した造形物１０をベース５０から取り出す際に、造形物１０が崩れにくくなる。また、ベース５０のテーブル５１のサイズｒｔを、開口２１の第１の内周２２のサイズｒоに対する比率にして８０％以上となるように形成することにより、開口２１とテーブル５１との隙間から落下する粉体８の量を極力少なくすることができる。したがって、さらに、無駄になりがちな粉体８の量を低減できる。

パターニングユニット（粉体テーブル）２０の厚みは、成型物１０の最大厚みより０〜１０ｍｍ程度厚くなるように形成されている。これにより装置１のサイズを目的の造形物（成型物）１０の高さに合わせて最適化出来、無駄な装置サイズアップを回避できる。

位置合わせするユニット（第３の移動ユニット）５５は、４つのベース５０ａ〜５０ｄが４つの開口２１ａ〜２１ｄに位置合わせされて成型されている間に、残りの１つのベース５０ｅを、排出ステーション３を経由して開口２１ａに戻るように構成されている。したがって、第１の方向７に延びるパターニングユニット２０に対しても、タクトタイムが犠牲になることを防止できる。ベース５０の数は、４つ以下でも、６つ以上であってもよい。

第３の移動ユニット５５は、システム１のシャーシ２に固定されたガイドレール５４と、テーブル５１をガイドレール５４に沿って第１の方向７に移動して開口２１と位置合わせする駆動ユニット５６とを含む。駆動ユニット５６は、テーブル５１を第１の方向７に移動して開口に位置合わせする機能（ユニット）５７と、テーブル５１をＺ軸方向に上下に移動して開口に挿入し高さ調整する機能（ユニット）５８と、テーブル５１をＸ−Ｙ面内で回転する機能（ユニット）５９とを含む。駆動ユニット５６は、これらの機能のいずれかを含むものであってもよい。駆動ユニット５６は、開口２１に位置合わせされる４つのベース５０を同期して移動および位置合わせしてもよく、５つのベース５０を個別に動作してもよい。パターニングユニット２０の開口２１が円周状の第１の方向７に沿って配置されているときは、第３の移動ユニット５５は、円周の軸を中心にして複数のベース５０を同期して移動する構成とすることもでき、シンプルで、制御が簡単なシステム１を提供できる。

システム１は、粉体供給ユニット３０を開口２１と第１のホームポジションＰ１との間で移動する第１の移動ユニット３５を含み、複数の粉体供給ユニット３０ａ〜３０ｄのそれぞれのホームポジションＰ１は、それぞれ対応する開口２１ａ〜２１ｄに対し第１の方向（Ｘ軸方向）７と交差する方向（Ｙ軸方向）の図面奥側に配置されている。したがって、複数の粉体供給ユニット３０ａ〜ｄを、第１の方向７に沿って並べることができ、また、複数の粉体供給ユニット３０ａ〜ｄを、第１の方向７に沿って並べてもそれぞれの粉体供給ユニット３０が干渉することなく配置できる。したがって、システム１の構成が簡易になり、サイズをコンパクトにしやすい。

第１の移動ユニット３５は、シャーシ２から延びる支柱（不図示）に固定されたフレーム４に取り付けられており、粉体供給ユニット３０の各々をＹ軸方向に移動するアクチュエータ３６を含む。アクチュエータ３６は、それぞれの粉体供給ユニット３０を独立して開口２１と第１のホームポジションＰ１との間を動かしてもよく、４つの粉体供給ユニット３０を同期して移動させてもよい。

システム１は、吐出ユニット４０を開口２１と第２のホームポジションＰ２との間で移動する第２の移動ユニット４５を含む。第２のホームポジションＰ２は、第１のホームポジションＰ１と開口２１に対する方向が異なり、開口２１に対してＸ軸方向、具体的には開口２１の図面上の右側に配置されている。したがって、第２のポジションＰ２が第１のポジションＰ１とは方向が異なるため、同じ開口２１に対してそれぞれ移動して吐出する粉体供給ユニット３０および吐出ユニット４０を同じ平面内に配置でき、第１の移動ユニット３５および第２の移動ユニット４５をシンプルに構成できる。したがって、コンパクトで、簡素なシステム１を提供できる。

第２の移動ユニット４５は、シャーシ２から延びる支柱（不図示）に固定されたフレーム５に取り付けられており、吐出ユニット４０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動するアクチュエータ４６を含む。開口２１に対して、吐出ユニット４０を２次元的に自在に移動できるため、無駄な空操作（不要な動き）を抑制でき、タクトタイムを短縮しやすい。システム１は、複数の開口内の領域Ｆのそれぞれに同一または異なる液滴を吐出する複数の吐出ユニット４０を含んでいてもよく、第２の移動ユニット４５による移動時間を短縮でき、タクトタイムをさらに短縮できる。

吐出ヘッド（ノズルヘッド）４１は、副走査方向（Ｙ軸方向）に沿って並べられた液滴９を吐出する複数のノズル４２と、ノズル４２から吐出する液滴９を収納するタンク４３とを含む。複数のノズル４２は、複数のノズル４２が複数の列を構成するようにマトリクス状に並んでいてもよく、格子状、斜めまたは千鳥状などであってもよい。

粉体８に液滴９を吐出して結合しただけでは成型物１０の硬度（強度）が足りない場合には、システム１に押し型ユニット６０を設けることにより、ベース５０上の粉体８に対して一定の圧力をかけて押しつぶした後にバインダーとなる液滴９の塗布（吐出）を行う事で、完成した造形物１０の硬度（結合力）を上げる事が可能となる。したがって、密度の固い、強固な成型物１０を成型しやすい。

以上に説明したように、粉体供給ユニット３０ａ〜３０ｄから異なる粉体８を供給して、積層を繰り返すことにより、種類等の異なる複数の粉体８を含む成型物（錠剤）１０を成型できる。このため、従来のインクジェット式３Ｄ錠剤製造装置においては、１種類の粉体を使用した３次元造形しかできなかったが、本発明のシステム１においては、複数種類の粉体８を用いた造形を行う事ができ、より効果の高い錠剤の製造が実現できる。さらに、それぞれの第１の層１１の厚みや、供給する順番等を変更することにより、簡単に錠剤１０の組成、成分などを変更できるため、たとえば患者の病状や性別、体重などの情報から患者別に個別対応の打錠を行うことができる。したがって、システム１により、患者別に個別対応打錠が可能な、テーラーメード医療の実現に向けた、患者の状態に合わせた薬のオンデマンド製造が可能になる。また、少量多品種の錠剤１０であって、段取り替え等なしでシステム１により成型できる。

さらに、装置１側の準備があれば、複数種類の粉体８を用いた造形を行う際に、粉体８の数に対する制約は不要であり、装置１側におけるパターニングユニット２０の開口２１の数およびそれに対応する粉体供給ユニット３０の準備数以下であれば、少ない種類の組み合わせは自由である。また、装置１のサイズを使用粉体数に合わせて最適なサイズにする事が出来、無駄な装置１のサイズアップを回避できる。

以上においては、システム１により錠剤を成型する方法に関して記載したが、システム１により成型できる成型物１０は、錠剤に限らず、粉体８を液滴９で結合させて成型できるものであれば、石膏や金属、セラミック粉、樹脂粉、食品の粉などを接着剤やバインダー液などで固めて模型、金型、治具などを成型したり、微細な部品を一体成型することなどもできる。

粉体供給ユニット３０は、上記以外に粉体を供給するその他の機構などであってもよく、吐出ユニット４０も、上記以外に液滴を吐出するその他の機構などであってもよく、さらに、位置合わせするユニット５５も、上記以外のその他の構成や機構などであってもよい。

システム１に、複数の吐出ユニット４０を配置してもよく、たとえば、複数の粉体供給ユニット３０または複数の開口２１のそれぞれに対応する複数の吐出ユニット４０が配置されていてもよく、同一または異なる開口内の領域Ｆに異なる液滴９を吐出する複数の吐出ユニット４０を含んでいてもよい。その場合、第２の移動ユニット４５は、複数の吐出ユニット４０を同期して移動してもよく、個別に移動してもよい。

また、ベース５０の１つのテーブル５１の上に成型される成型物１０の数は、１つに限らず、複数の成型物１０を一括して作製することも可能であり、その場合、複数の成型物１０の数に対応した複数の開口２１をパターニングユニット２０の設けることにより、粉体８の使用量を低減した成型を行うことができる。

また、上記では、各開口２１ａ〜２１ｄに対して４つの押し型ユニット６０を配置する構成を説明しているが、１つの押し型ユニット６０をＸ軸方向に沿って移動して押圧する構成にしてもよい。タクトタイムや粉体８の混入等を考慮すると、本実施例のように粉体供給ユニット３０に対応する数だけ設けることが望ましい。

アクチュエータ３６および４６は、エアシリンダや電動式等の他の方式でもよく、パターニングユニット２０およびベース５０を粉体供給ユニット３０に対して移動するように構成されていてもよい。

１ システム
１０ 成型物（錠剤）
２０ パターニングユニット
３０ 粉体供給ユニット
４０ 吐出ユニット
５０ ベース

Claims (18)

1. 粉体が液滴により結合されることにより成型される第１の層を含む成型物を成型するシステムであって、
   前記成型物を支持するベースと、
   複数の開口を含むパターニングユニットと、
   前記パターニングユニットと前記ベースとを相対的に位置合わせするユニットであって、前記ベースを前記複数の開口に順番に相対的に位置合わせする第３の移動ユニットを含む位置合わせするユニットと、
   前記ベース上に前記パターニングユニットの前記複数の開口のそれぞれを介して同一または異なる粉体を供給する複数の粉体供給ユニットと、
   前記ベース上の前記パターニングユニットの前記複数の開口内の領域であって、前記同一または異なる粉体が供給された前記複数の開口内の領域に前記液滴を吐出する吐出ユニットとを有するシステム。
2. 請求項１において、
   前記粉体供給ユニットを前記開口と第１のホームポジションとの間で移動する第１の移動ユニットと、
   前記吐出ユニットを前記開口と第２のホームポジションとの間で移動する第２の移動ユニットとを有するシステム。
3. 請求項２において、
   前記第１のホームポジションと前記第２のホームポジションとが、前記開口に対し、異なる方向に配置された、システム。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記複数の開口は第１の方向に沿って並んで配置されており、
   前記複数の粉体供給ユニットのそれぞれの前記第１のホームポジションは、対応する前記開口に対し前記第１の方向と交差する方向に配置されている、システム。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   複数の前記ベースを有し、
   前記第３の移動ユニットは、前記複数のベースを前記複数の開口に順番に位置合わせする、システム。
6. 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   前記複数の開口内の領域のそれぞれに同一または異なる液滴を吐出する複数の前記吐出ユニットを有する、システム。
7. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
   前記ベースに供給された前記粉体を、前記開口を介して押圧する押し型ユニットを有するシステム。
8. 請求項１ないし７のいずれかにおいて、
   前記パターニングユニットおよび／または前記ベースから、前記粉体を回収するユニットを有するシステム。
9. 請求項１ないし８のいずれかにおいて、
   前記第１の層は、第１の外周を備え、
   前記パターニングユニットの前記開口は前記第１の外周を囲う第１の内周を備え、
   前記吐出ユニットは、前記開口内の前記第１の外周内に前記液滴を吐出する、システム。
10. 請求項９において、
    前記第１の内周の直径または対角長ｒｉと前記第１の外周の直径または対角長ｒｏとが、以下の条件Ａまたは条件Ｂを満たす、システム。
    １＜ｒｉ／ｒо＜１．２・・・Ａ
    ０．２ｍｍ＜ｒｉ−ｒｏ＜１０ｍｍ・・・Ｂ
11. 請求項１ないし１０のいずれかにおいて、
    前記吐出ユニットは、同一の前記開口内に、異なる種類の液滴を吐出する複数のヘッドを含む、システム。
12. 請求項１ないし１１のいずれかにおいて、
    前記吐出ユニットは、前記第１の層の外周領域とその外周領域の内側の領域とに異なる密度で液滴を吐出するヘッドを含む、システム。
13. 請求項１ないし１２のいずれかにおいて、
    前記吐出ユニットは、ピエゾインクジェット、バブルインクジェット、静電インクジェット、音波式インクジェットのいずれかまたは複数を含む、システム。
14. 請求項１ないし１３のいずれかにおいて、
    前記成型物が錠剤である、システム。
15. 粉体を供給する粉体供給ユニットと、前記粉体を結合する液滴を吐出する吐出ユニットとを有するシステムを用いて、成型物に含まれる複数の層を成型する方法であって、
    前記システムは、さらに、前記成型物を支持するベースと、
    複数の開口を含むパターニングユニットと、
    前記複数の開口に対応する複数の前記粉体供給ユニットとを含み、
    当該方法は、
    前記パターニングユニットの前記複数の開口に対し前記ベースを順番に相対的に位置合わせすることと、
    前記複数の粉体供給ユニットにより、前記ベース上に前記パターニングユニットの前記複数の開口を介して同一または異なる粉体を供給する第１のパターニング工程と、
    前記吐出ユニットにより、前記ベース上の前記パターニングユニットの前記複数の開口内の領域であって、前記同一または異なる粉体が供給された前記複数の開口内の領域に前記液滴を吐出する第２のパターニング工程とを有する方法。
16. 請求項１５において、
    前記第２のパターニング工程は、前記成型物の外周領域とその外周領域の内側の領域とに異なる密度で、または異なる液滴を吐出することを含む、方法。
17. 請求項１５または１６において、
    前記成型物は複数層を含む錠剤である、方法。
18. 複数の層を含む成型物の製造方法であって、
    請求項１５ないし１７のいずれかに記載の方法により前記複数の層を成型することを含む製造方法。

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