(57)【要約】【課題】  三次元造形機全体の小型コンパクト化を図るとともに、コストアップを来す不具合を回避して、将来的な造形スピードの高速化にも容易かつ柔軟に対応する。【解決手段】  造形用材料Ｒを造形テーブル２に射出する射出ヘッド３を搭載するキャリッジＭｃと、造形テーブル２に対してキャリッジＭｃをＹ方向に相対移動させるＹ方向移動機構Ｍｙと、造形テーブル２に対してキャリッジＭｃをＺ方向に相対移動させるＺ方向移動機構Ｍｚとを備えてなる三次元造形機１を構成するに際して、Ｙ方向移動機構Ｍｙを、キャリッジＭｃをＹ方向に移動させるＹ方向正側移動部Ｍｙｎと、造形テーブル２をＹ方向であって、かつキャリッジＭｃの移動方向に対して反対方向に移動させるＹ方向逆側移動部Ｍｙｒにより構成する。【選択図】  図１
2010137482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形用材料を造形テーブルに射出する射出ヘッドを搭載するキャリッジと、前記造形テーブルに対して前記キャリッジをＹ方向に相対移動させるＹ方向移動機構と、前記造形テーブルに対して前記キャリッジをＺ方向に相対移動させるＺ方向移動機構とを備えてなる三次元造形機であって、前記Ｙ方向移動機構を、前記キャリッジをＹ方向に移動させるＹ方向正側移動部と、前記造形テーブルを前記Ｙ方向であって、かつ前記キャリッジの移動方向に対して反対方向に移動させるＹ方向逆側移動部により構成することを特徴とする三次元造形機。
【請求項２】
前記Ｙ方向移動機構は、前記Ｙ方向正側移動部による前記キャリッジの移動速度と前記Ｙ方向逆側移動部による前記造形テーブルの移動速度を同一速度に設定することを特徴とする請求項１記載の三次元造形機。
【請求項３】
前記Ｙ方向移動機構は、一対のベルトプーリ間に架け渡した無端のタイミングベルトを有するベルト循環移動部と前記ベルトプーリの一方を回転駆動する回転駆動部とを備え、前記一対のベルトプーリ間における一方側に位置するベルト部分に前記キャリッジ側を結合して前記Ｙ方向正側移動部を構成するとともに、前記一対のベルトプーリ間における他方側に位置するベルト部分に前記造形テーブル側を結合して前記Ｙ方向逆側移動部を構成することを特徴とする請求項１又は２記載の三次元造形機。
【請求項４】
前記Ｙ方向移動機構は、前記キャリッジと前記造形テーブルのＹ方向相対位置を検出する位置センサを備えるとともに、この位置センサの検出結果に基づいて、前記キャリッジと前記造形テーブルのＹ方向相対位置及び／又は相対速度をフィードバック制御する造形機制御部を備えることを特徴とする請求項１，２又は３記載の三次元造形機。
【請求項５】
前記射出ヘッドは、三次元造形物を造形する造形材を射出する造形材用ヘッドと、三次元造形物以外の空間を埋めるサポート材を射出するサポート材用ヘッドを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の三次元造形機。
【請求項６】
前記造形材用ヘッド及び／又は前記サポート材用ヘッドには、前記Ｘ方向の全長に対応するドット数のノズルを有するラインヘッドを用いることを特徴とする請求項５記載の三次元造形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形テーブルに対して射出ヘッドから造形用材料を射出して三次元造形物を造形する際に用いて好適な三次元造形機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、造形テーブルに造形用材料をインクジェット方式等により射出する射出ヘッドとこの射出ヘッドを造形テーブルに対してＸＹ方向及びＺ方向に相対移動させる移動機構を具備することにより、三次元造形物を造形する三次元造形機としては、特許文献１で開示される三次元造形装置が知られている。
【０００３】
同文献１で開示される三次元造形装置は、造形対象物を平行な複数の面で切断した各断面に対応する層体を所定の材料を吐出することによって形成し、層体を順次積層していくことで造形対象物の三次元造形物を生成する三次元造形装置であって、三次元造形物を形成するための造形用樹脂を吐出する造形用ノズルと、三次元造形物に着色を施すための複数色の着色剤を吐出する着色用ノズルとを設けたものであり、ノズルヘッド（射出ヘッド）をＸ軸およびＹ軸によって規定される平面内で移動させるＸＹ方向駆動部を備えるとともに、ステージ（造形テーブル）を昇降させるＺ方向駆動部を備えている。
【特許文献１】特開２０００−２８０３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した三次元造形装置をはじめ、従来の三次元造形機は次のような解決すべき課題が存在した。
【０００５】
第一に、射出ヘッドをＹ方向（射出ヘッドのライン方向に対して直角方向）へ移動させる際の移動ストロークが長くなるため、造形機全体が大型化しやすい。即ち、図７（ｂ）に示すように、射出ヘッド３ｒを、造形材を射出する造形材用ヘッド３ｍｒと三次元造形物以外の空間を埋めるサポート材を射出するサポート材用ヘッド３ｓｒにより構成するとともに、キャリッジＭｃｒに、射出ヘッド３ｒ，クリーニングローラ６３ｒ及び紫外線ランプ６４ｒを一緒に搭載し、このキャリッジＭｃｒをＹ方向へ移動させる場合、キャリッジＭｃｒは、造形テーブル２ｒの一端より手前から移動を開始するとともに、造形テーブル２ｒの他端よりも過ぎた位置で移動を終了する必要があるため、造形機のＹ方向全長は、少なくとも、造形テーブル２ｒの寸法に対してキャリッジＭｃｒの寸法の２倍の長さを加えた長さになる。
【０００６】
第二に、造形スピードを速くする場合、Ｙ方向におけるキャリッジＭｃｒの移動速度を速くする必要があるが、この場合、キャリッジＭｃｒを移動させる駆動機構（モータ）の大型化を招くのみならず、無用な振動や騒音も増加する。したがって、ガイド機構を含む駆動系の機械的強度や耐久性を高める必要があるとともに、造形機全体の耐振対策や防音対策が必要になるなど、造形機全体における部品や材料等に係わるコストアップを招く。しかも、将来的に造形スピードを速くするにも限界がある。
【０００７】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した三次元造形機の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するため、造形用材料Ｒを造形テーブル２に射出する射出ヘッド３を搭載するキャリッジＭｃと、造形テーブル２に対してキャリッジＭｃをＹ方向に相対移動させるＹ方向移動機構Ｍｙと、造形テーブル２に対してキャリッジＭｃをＺ方向に相対移動させるＺ方向移動機構Ｍｚとを備えてなる三次元造形機１を構成するに際して、Ｙ方向移動機構Ｍｙを、キャリッジＭｃをＹ方向に移動させるＹ方向正側移動部Ｍｙｎと、造形テーブル２をＹ方向であって、かつキャリッジＭｃの移動方向に対して反対方向に移動させるＹ方向逆側移動部Ｍｙｒにより構成することを特徴とする。
【０００９】
この場合、発明の好適な態様により、Ｙ方向移動機構Ｍｙは、Ｙ方向正側移動部ＭｙｎによるキャリッジＭｃの移動速度とＹ方向逆側移動部Ｍｙｒによる造形テーブル２の移動速度を同一速度に設定することができる。したがって、Ｙ方向移動機構Ｍｙは、一対のベルトプーリ１１，１２間に架け渡した無端のタイミングベルト１３を有するベルト循環移動部１４とベルトプーリ１１，１２の一方を回転駆動する回転駆動部１５とを備え、一対のベルトプーリ１１，１２間における一方側に位置するベルト部分１３ｎにキャリッジＭｃ側を結合してＹ方向正側移動部Ｍｙｎを構成するとともに、一対のベルトプーリ１１，１２間における他方側に位置するベルト部分１３ｒに造形テーブル２側を結合してＹ方向逆側移動部Ｍｙｒを構成することができる。また、Ｙ方向移動機構Ｍｙには、キャリッジＭｃと造形テーブル２のＹ方向相対位置を検出する位置センサ１６を設けるとともに、この位置センサ１６の検出結果に基づいて、キャリッジＭｃと造形テーブル２のＹ方向相対位置及び／又は相対速度をフィードバック制御する造形機制御部２０を備えることができる。一方、射出ヘッド３は、三次元造形物Ａを造形する造形材Ｒａを射出する造形材用ヘッド３ａと、三次元造形物Ａ以外の空間を埋めるサポート材Ｒｓを射出するサポート材用ヘッド３ｓを備えて構成できるとともに、造形材用ヘッド３ａ及び／又はサポート材用ヘッド３ｓには、Ｘ方向の全長に対応するドット数のノズルを有するラインヘッド３ｍを用いることができる。
【発明の効果】
【００１０】
このような構成を有する本発明に係る三次元造形機１によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１１】
（１）  キャリッジＭｃをＹ方向に移動させるＹ方向正側移動部Ｍｙｎと、造形テーブル２をＹ方向であって、かつキャリッジＭｃの移動方向に対して反対方向に移動させるＹ方向逆側移動部Ｍｙｒとにより、Ｙ方向移動機構Ｍｙを構成したため、三次元造形機１のＹ方向全長は、造形テーブル２の寸法にキャリッジＭｃの寸法を加えた長さで足りる。したがって、従来の三次元造形機に対して、キャリッジＭｃのＹ方向寸法分だけサイズダウンが可能となり、三次元造形機１全体の小型コンパクト化を図れる。この結果、机等の上に載置できる卓上型の三次元造形機１も容易に実現できる。
【００１２】
（２）  キャリッジ又は造形テーブルの一方のみを単独で移動させる従来の三次元造形機に比べて、キャリッジＭｃ及び造形テーブル２のそれぞれの移動速度を１／２まで低下させることができる。したがって、ガイド機構を含む駆動系における部品の小型化や耐久グレードを下げることができるとともに、造形機全体の耐振対策や防音対策も縮小することができるため、部品点数が増加したとしてもコストアップを招く不具合を回避できる。しかも、将来的な造形スピードの高速化にも容易かつ柔軟に対応できる。
【００１３】
（３）  好適な態様により、Ｙ方向正側移動部ＭｙｎによるキャリッジＭｃの移動速度とＹ方向逆側移動部Ｍｙｒによる造形テーブル２の移動速度を同一速度に設定すれば、本発明に係る三次元造形機１のメリットを享受する観点から最も大きなパフォーマンスを得ることができる。したがって、キャリッジＭｃと造形テーブル２の移動速度は必ずしも同一である必要はなく、その比率はレイアウト等を考慮して任意に設定可能である。
【００１４】
（４）  好適な態様により、一対のベルトプーリ１１，１２間に架け渡した無端のタイミングベルト１３を有するベルト循環移動部１４とベルトプーリ１１，１２の一方を回転駆動する回転駆動部１５とを備え、一対のベルトプーリ１１，１２間における一方側に位置するベルト部分１３ｎにキャリッジＭｃ側を結合してＹ方向正側移動部Ｍｙｎを構成するとともに、一対のベルトプーリ１１，１２間における他方側に位置するベルト部分１３ｒに造形テーブル２側を結合してＹ方向逆側移動部Ｍｙｒを構成すれば、部品点数の少ない比較的簡易な構造により容易に実施することができる。
【００１５】
（５）  好適な態様により、Ｙ方向移動機構Ｍｙに、キャリッジＭｃと造形テーブル２のＹ方向相対位置を検出する位置センサ１６を設けるとともに、この位置センサ１６の検出結果に基づいて、キャリッジＭｃと造形テーブル２のＹ方向相対位置及び／又は相対速度をフィードバック制御する造形機制御部２０を備えて構成すれば、キャリッジＭｃ（射出ヘッド３）と造形テーブル２間の相対的なワウフラッタを検出できるため、キャリッジＭｃと造形テーブル２を同時に移動させる構成であっても高精度の位置制御及び／又は速度制御を行うことができる。
【００１６】
（６）  好適な態様により、造形材用ヘッド３ａ及び／又はサポート材用ヘッド３ｓに、Ｘ方向の全長に対応するドット数のノズルを有するラインヘッド３ｍを用いれば、造形テーブル２に対して射出ヘッド３をＸ方向へ相対移動させる機械的なＸ方向移動機構が不要になるため、構成の簡易化，部品点数の削減，小型化及び軽量化等の機械的な構造が不要になる様々なメリットを享受できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１８】
まず、本実施形態に係る三次元造形機１の構成について、図１〜図５を参照して具体的に説明する。
【００１９】
図１〜図４は、本実施形態に係る三次元造形機１の要部構成を示す。最初に、機械系の構成について説明する。８０は造形機ベッドであり、この造形機ベッド８０の上面に、造形テーブル２，射出ヘッド３を備えるキャリッジＭｃ，Ｙ方向移動機構Ｍｙ及びＺ方向移動機構Ｍｚをそれぞれ配設する。
【００２０】
キャリッジＭｃは、起立した一対のサイドプレート３１ｐ，３１ｑと、このサイドプレート３１ｐ，３１ｑ間に水平に架設したヘッドユニット支持フレーム３２により構成するとともに、必要に応じてサイドプレート３１ｐ，３１ｑ間等に配する補強フレーム３３ｆ，３３ｒ（図４）を付設する。この場合、ヘッドユニット支持フレーム３２及び補強フレーム３３ｆ，３３ｒは、造形テーブル２上に造形される造形物の邪魔にならないように、各サイドプレート３１ｐ…の上端辺付近に配する。
【００２１】
Ｙ方向移動機構Ｍｙは、Ｙ方向正側移動部ＭｙｎとＹ方向逆側移動部Ｍｙｒにより構成し、キャリッジＭｃは、一方のＹ方向正側移動部ＭｙｎによりＹ方向へ移動自在に支持される。Ｙ方向正側移動部Ｍｙｎは、造形機ベッド８０の上面における両側の端部付近に、Ｙ方向に沿って平行に配した一対のアウタリニアガイド３４ｐ，３４ｑを備える。一方のアウタリニアガイド３４ｐは、造形機ベッド８０の上面に固定したガイドレール３４ｐｒとこのガイドレール３４ｐｒにスライド自在に装填する一対のスライダ３４ｐｓ，３４ｐｓを備えるとともに、他方のアウタリニアガイド３４ｑは、造形機ベッド８０の上面に固定したガイドレール３４ｑｒとこのガイドレール３４ｑｒにスライド自在に装填する一対のスライダ３４ｑｓ，３４ｑｓを備える。一方、各サイドプレート３１ｐ，３１ｑの下端辺には外側へ直角に折曲したスライダ取付部３１ｐｃ，３１ｑｃをそれぞれ一体に設け、一方のスライダ取付部３１ｐｃの下面に離間した一対のスライダ３４ｐｓ，３４ｐｓを取付けるとともに、他方のスライダ取付部３１ｑｃの下面に離間した一対のスライダ３４ｑｓ，３４ｑｓを取付ける。
【００２２】
また、一方のアウタリニアガイド３４ｐの内側（他方のアウタリニアガイド３４ｑ側）に位置する造形機ベッド８０の上面には、Ｙ方向正側移動部ＭｙｎとＹ方向逆側移動部Ｍｙｒに共用するベルト循環移動部１４を配設する。ベルト循環移動部１４は、Ｙ方向に直角（Ｚ方向）の回転軸を有する一対のベルトプーリ１１，１２間に架け渡した無端のタイミングベルト１３を備え、このタイミングベルト１３は、アウタリニアガイド３４ｐの近傍に、当該アウタリニアガイド３４ｐに対して平行に配するとともに、一対のベルトプーリ１１，１２はガイドレール３４ｐｒの両端付近にそれぞれ配する。駆動側となる一方のベルトプーリ１１の回転軸は造形機ベッド８０の上面から下方の内部（下面側）に至らせ、Ｙ方向回転駆動部１５に接続する。Ｙ方向回転駆動部１５は、造形機ベッド８０の内部に配したＹ方向サーボモータ３６と、このＹ方向サーボモータ３６の回転軸の回転をベルトプーリ１１の回転軸に伝達可能に構成した回転伝達機構３７を備える。そして、キャリッジＭｃの一方のサイドプレート３１ｐの内面を、結合部材３８，３８を介して一対のベルトプーリ１１，１２間における一方側に位置するベルト部分１３ｎに結合する。これにより、Ｙ方向サーボモータ３６の回転によりタイミングベルト１３が循環移動し、キャリッジＭｃがガイドレール３４ｐｒ…沿ってＹ方向に移動するＹ方向正側移動部Ｍｙｎが構成される。
【００２３】
他方、ベルト循環移動部１４と他方のアウタリニアガイド３４ｑ間における造形機ベッド８０の上面には、Ｙ方向逆側移動部Ｍｙｒ及びこのＹ方向逆側移動部ＭｙｒによりＹ方向へ移動自在に支持される造形テーブル２を配する。Ｙ方向逆側移動部Ｍｙｒは、造形機ベッド８０の上面におけるベルト循環移動部１４と他方のアウタリニアガイド３４ｑ間であって、Ｙ方向に沿って平行に配した一対のインナリニアガイド４１ｐ，４１ｑを備える。一方のインナリニアガイド４１ｐは、ベルト循環移動部１４の近傍に配することにより造形機ベッド８０の上面に固定したガイドレール４１ｐｒとこのガイドレール４１ｐｒにスライド自在に装填する一対のスライダ４１ｐｓ，４１ｐｓを備えるとともに、他方のインナリニアガイド４１ｑは、他方のアウタリニアガイド３４ｑの近傍に配することにより造形機ベッド８０の上面に固定したガイドレール４１ｑｒとこのガイドレール４１ｑｒにスライド自在に装填する一対のスライダ４１ｑｓ，４１ｑｓを備える。一方、造形テーブル２は、上面を平坦面に形成した正方形盤により形成し、下面の一側に、離間した一対のスライダ４１ｐｓ，４１ｐｓを取付けるとともに、下面の他側に、離間した一対のスライダ４１ｑｓ，４１ｑｓを取付ける。そして、造形テーブル２の下面を結合部材４３，４３を介して一対のベルトプーリ１１，１２間における他方側に位置するベルト部分１３ｒに結合する。これにより、Ｙ方向サーボモータ３６の回転によりタイミングベルト１３が循環移動し、造形テーブル２がガイドレール４１ｐｒ…沿ってＹ方向に移動するＹ方向逆側移動部Ｍｙｒが構成される。
【００２４】
このように、一対のベルトプーリ１１，１２間に架け渡した無端のタイミングベルト１３を有するベルト循環移動部１４とベルトプーリ１１，１２の一方を回転駆動する回転駆動部１５とを備え、一対のベルトプーリ１１，１２間における一方側に位置するベルト部分１３ｎに射出ヘッド３側となるキャリッジＭｃを結合してＹ方向正側移動部Ｍｙｎを構成するとともに、一対のベルトプーリ１１，１２間における他方側に位置するベルト部分１３ｒに造形テーブル２を結合してＹ方向逆側移動部Ｍｙｒを構成すれば、部品点数の少ない比較的簡易な構造により容易に実施することができる。しかも、これにより、Ｙ方向正側移動部ＭｙｎによるキャリッジＭｃの移動速度とＹ方向逆側移動部Ｍｙｒによる造形テーブル２の移動速度を同一速度に設定できるため、本発明に係る三次元造形機１のメリットを享受する観点から最も大きなパフォーマンスを得ることができる。したがって、キャリッジＭｃと造形テーブル２の移動速度は必ずしも同一である必要はなく、その比率はレイアウト等を考慮して任意に設定可能である。
【００２５】
さらに、Ｚ方向移動機構Ｍｚはヘッドユニット支持フレーム３２により支持される。Ｚ方向移動機構Ｍｚは、ボールねじ機構５１を備え、このボールねじ機構５１のナット部５１ｎはヘッドユニット支持フレーム３２の中間位置に固定する。また、ナット部５１ｎの両側にはヘッドユニット支持フレーム３２から直角に突出する一対のガイド部材５２ｐ，５２ｑを固定し、各ガイド部材５２ｐ，５２ｑの対向面に形成した一対のガイド凹部によりスライドプレート５３をＺ方向（上下方向）へスライド自在に支持する。一方、スライドプレート５３の上端には取付部材５４を介してＺ方向サーボモータ５５を取付けるとともに、Ｚ方向サーボモータ５５の回転軸にはボールねじ機構５１のスクリュ部５１ｓの上端を結合する。このスクリュ部５１ｓの軸方向がＺ方向となる。そして、射出ヘッド３を搭載するヘッドユニット６１をスライドプレート５３の下端に取付ける。
【００２６】
ヘッドユニット６１は、逆トレー形のハウジング部６２を備え、このハウジング部６２の上面をスライドプレート５３の下端に固定するとともに、ハウジング部６２の下面に、造形時移動方向の前側から後側へ、射出ヘッド３，クリーニングローラ６３及び紫外線（ＵＶ）ランプ６４を順番に配設する。射出ヘッド３は、造形用材料Ｒを造形テーブル２に射出する機能を有し、三次元造形物Ａを造形する造形材Ｒａを射出する造形材用ヘッド３ａと、三次元造形物Ａ以外の空間を埋めるサポート材Ｒｓを射出するサポート材用ヘッド３ｓを備える。造形材用ヘッド３ａとサポート材用ヘッド３ｓには、それぞれ図５に示すようなラインヘッド３ｍ…を用いる。ラインヘッド３ｍは、Ｘ方向の全長に対応するドット数のノズル（ピエゾアクチュエータ）を備えている。例示のラインヘッド３ｍは、Ｘ方向の全長がＡ４サイズの短辺に対応しており、４．２５インチの幅に２．６５６個（ドット）のノズルを配した二本のヘッド体を直線上に並べて使用する。造形材用ヘッド３ａとサポート材用ヘッド３ｓに、このようなラインヘッド３ｍを用いれば、造形テーブル２に対して、造形材用ヘッド３ａとサポート材用ヘッド３ｓをＸ方向へ相対移動させる機械的なＸ方向移動機構が不要になるため、構成の簡易化，部品点数の削減，小型化及び軽量化等の機械的な構造が不要になる様々なメリットを享受できる。また、ハウジング部６２の上面には駆動モータ６５を取付け、この駆動モータ６５の回転軸とクリーニングローラ６３の回転軸は、図２に示す回転伝達部６６により回転伝達可能に接続する。
【００２７】
他方、図４は、パージ機構部９１を示す。後述するように、造形時にキャリッジＭｃがＹ方向における造形開始位置から造形終了位置まで移動した場合、造形テーブル２もキャリッジＭｃのホームポジション側へ移動する。このため、造形終了位置では、キャリッジＭｃの下方に造形テーブル２が存在しないため、造形テーブル２のホームポジションに、造形機ベッド８０の上面から下方内部に貫通する開口部８１を形成し、この開口部８１の下方に、昇降機構９２により昇降可能に支持される回収トレイ９３を配設する。これにより、造形終了位置において、図４に示すように、ヘッドユニット６１を下降させるとともに、回収トレイ９３を昇降機構９２により開口部８１を通して上昇させることにより、射出ヘッド３のパージ処理を行うことができる。
【００２８】
次に、電気系（制御系）の構成について説明する。２０は三次元造形機１に搭載する造形機制御部を示す。また、Ｙ方向移動機構Ｍｙには、キャリッジＭｃと造形テーブル２のＹ方向相対位置を検出する位置センサ１６を設ける。位置センサ１６は、図１に示すように、造形テーブル２の端辺における側面に取付けた被検出部１６ｓと、この被検出部１６ｓの位置（絶対位置）を検出する検出部１６ｄからなるリニアエンコーダ等を用いることができる。そして、この位置センサ１６（検出部１６ｄ）を造形機制御部２０の入力ポートに接続するとともに、Ｙ方向サーボモータ３６を造形機制御部２０の出力ポートに接続する。これにより、位置センサ１６は、キャリッジＭｃと造形テーブル２のＹ方向相対位置を検出できるため、造形機制御部２０は、位置センサ１６の検出結果に基づいてサーボモータ３６を駆動制御し、キャリッジＭｃと造形テーブル２のＹ方向相対位置及び／又は相対速度をフィードバック制御することができる。このような位置センサ１６を設ければ、キャリッジＭｃと造形テーブル２間の相対的なワウフラッタの検出が可能になるため、キャリッジＭｃと造形テーブル２を同時に移動させる構成であっても高精度の位置制御及び／又は速度制御を行うことができる。
【００２９】
さらに、Ｚ方向サーボモータ５５には、このＺ方向サーボモータ５５の回転を検出するロータリエンコーダ５７を付設する。そして、このＺ方向サーボモータ５５を造形機制御部２０の出力ポートに接続するとともに、ロータリエンコーダ５７を造形機制御部２０の入力ポートに接続する。これにより、ロータリエンコーダ５７は、ヘッドユニット６１（射出ヘッド３）のＺ方向位置を検出できるため、造形機制御部２０は、ロータリエンコーダ５７の検出結果に基づいてサーボモータ５５を駆動制御し、ヘッドユニット６１のＺ方向位置をフィードバック制御することができる。また、ヘッドユニット６１に備える造形材用ヘッド３ａ及びサポート材用ヘッド３ｓは、造形機制御部２０の信号出力ポートに接続するとともに、クリーニングローラ６３を回転させる駆動モータ６５及び紫外線ランプ６４は、それぞれ造形機制御部２０の駆動出力ポートに接続する。
【００３０】
なお、本実施形態に係る三次元造形機１は、図１に示すように、外部のコンピュータ７０に接続して使用する。この場合、三次元造形機１に内蔵する造形機制御部２０は、有線手段（ＵＳＢケーブル等）７１又は無線手段（無線ＬＡＮ等）によりコンピュータ７０に接続する。このコンピュータ７０には、汎用的なパソコン（パーソナルコンピュータ）等の各種コンピューティング装置を利用できる。したがって、コンピュータ７０には、三次元造形機１を総合的に制御するためのアプリケーションソフトウェア及び各種データ（データベース）が格納又は登録されている。
【００３１】
次に、本実施形態に係る三次元造形機１の動作及び使用方法について、図１〜図７を参照して説明する。
【００３２】
最初に、Ｙ方向移動機構Ｍｙ（Ｙ方向正側移動部Ｍｙｎ及びＹ方向逆側移動部Ｍｙｒ）とＺ方向移動機構Ｍｚの各動作について説明する。Ｙ方向移動機構Ｍｙは、Ｙ方向回転駆動部１５におけるＹ方向サーボモータ３６の回転動作によりプーリ１１が回転し、タイミングベルト１３が循環移動する。これにより、プーリ１１と１２間における一方側に位置するベルト部分１３ｎはＹ方向一方側（正側）に移動し、このベルト部分１３ｎに結合したキャリッジＭｃもガイドレール３４ｐｒ…沿ってＹ方向一方側（正側）に移動する。また、プーリ１１と１２間における他方側に位置するベルト部分１３ｒはＹ方向他方側（逆側）に移動し、このベルト部分１３ｒに結合した造形テーブル２もガイドレール４１ｐｒ…沿ってＹ方向他方側（逆側）に移動する。この際、位置センサ１６により、キャリッジＭｃと造形テーブル２のＹ方向相対位置が検出され、この検出結果（検出値）が造形機制御部２０に付与される。他方、造形機制御部２０には、コンピュータ７０からＹ方向に対する位置及び／又は速度に係わる指令値が付与されるため、造形機制御部２０は位置センサ１６からの検出値とコンピュータ７０からの指令値に基づいて、キャリッジＭｃと造形テーブル２のＹ方向相対位置及び／又は相対速度が指令値に一致するように、Ｙ方向サーボモータ３６を駆動制御（フィードバック制御）する。
【００３３】
一方、Ｚ方向移動機構Ｍｚは、Ｚ方向サーボモータ５５の回転動作により、ボールねじ機構５１のスクリュ部５１ｓが回転する。このスクリュ部５１ｓに螺合するナット部５１ｎはヘッドユニット支持フレーム３２（キャリッジＭｃ）に固定されているため、スクリュ部５１ｓの回転によりサーボモータ５５、更には、スライドプレート５３がガイドプレート５２ｐ，５２ｑのガイド凹部にガイドされて昇降する。即ち、スライドプレート５３の下端に支持されたヘッドユニット６１がＺ方向に移動する。この際、ロータリエンコーダ５７により、サーボモータ５５の回転（Ｚ方向位置）が検出され、この検出結果（検出値）が造形機制御部２０に付与される。他方、造形機制御部２０には、コンピュータ７０からＺ方向に対する位置に係わる指令値が付与されるため、造形機制御部２０はロータリエンコーダ５７の検出値とコンピュータ７０からの指令値に基づいて、ヘッドユニット６１のＺ方向位置が指令値に一致するように、Ｚ方向サーボモータ５５を駆動制御（フィードバック制御）する。
【００３４】
次に、三次元造形機１の造形動作について説明する。コンピュータ７０には、造形を行う三次元造形物Ａに対する造形用データが設定されるため、この造形用データに基づいて造形処理が行われる。造形原理は、インクジェットプリンタと同じ原理により造形テーブル２上に薄い造形層が順次プリントされることにより積層されていく。即ち、Ｙ方向移動機構Ｍｙの動作により、キャリッジＭｃと造形テーブル２が同一速度でそれぞれ反対方向に移動し、造形材用ヘッド３ａからＺ方向における第一層目の造形用データに対応した造形材Ｒａを射出するとともに、造形材Ｒａが射出される三次元造形物Ａに対応する部分以外の部分にサポート材用ヘッド３ｓからサポート材Ｒｓを射出する射出動作を、Ｘ方向ライン毎に順次行う。この際、ラインヘッド３ｍ…を用いるため、図５に示すように、Ｘ方向のライン全長分を同時に射出する。第一層目の厚さは０．１〔ｍｍ〕程度となり、造形材Ｒａとサポート材Ｒｓにより第一層目の層面が全て埋められる。
【００３５】
また、射出ヘッド３から射出が行われた後は、回転するクリーニングローラ６３により第一層目の層面（上面）が平坦面となるように整える（クリーニングする）とともに、紫外線ランプ６４による紫外線を第一層目に照射して第一層目の硬化促進を行う。図６はキャリッジＭｃと造形テーブル２の位置関係を示し、図６（ａ）は造形開始位置を、図６（ｂ）はキャリッジＭｃと造形テーブル２が同一速度で反対方向に移動し、中間付近で交差する位置を、図６（ｃ）は一層分の造形ストロークが終了した造形終了位置をそれぞれ示す。図６（ｃ）から明らかなように、一層分が終了した造形終了位置ではキャリッジＭｃと造形テーブル２の位置が入れ替わった状態となる。したがって、この位置で前述したパージ機構部９１により射出ヘッド３に対するパージ処理を行うことができる。なお、図６（ｃ）に示すように、キャリッジＭｃが造形テーブル２を通過した後は、位置センサ１６によるフィードバック制御はできなくなるが、射出ヘッド３による射出動作は終了しているため、移動速度や位置に対する制御精度はさほど要求されない。このため、フィードバック制御はできなくなった以降は、オープンループ制御によりキャリッジＭｃと造形テーブル２を造形終了位置まで移動させればよい。
【００３６】
第一層目が終了したならキャリッジＭｃと造形テーブル２をホームポジションに戻す。そして、造形テーブル２を第二層目に対応する変位量だけＺ方向へ下降させるとともに、上述した第一層目と同様の処理手順により第二層目以降、即ち、第二層目から第ｎ層目（最終層）まで順次造形処理を実行する。最終層まで造形処理が終了したなら造形体を薬液に漬けるなどによりサポート材Ｒｓを除去すれば、目的の三次元造形物Ａを得ることができる。
【００３７】
よって、このような本実施形態に係る三次元造形機１によれば、キャリッジＭｃをＹ方向に移動させるＹ方向正側移動部Ｍｙｎと、造形テーブル２をＹ方向であって、かつキャリッジＭｃの移動方向に対して反対方向に移動させるＹ方向逆側移動部Ｍｙｒとにより、Ｙ方向移動機構Ｍｙを構成したため、三次元造形機１のＹ方向全長は、造形テーブル２の寸法にキャリッジＭｃの寸法を加えた長さで足りる。したがって、従来の三次元造形機に対して、キャリッジＭｃのＹ方向寸法分だけサイズダウンが可能となり、三次元造形機１全体の小型コンパクト化を図れる。この結果、机等の上に載置できる卓上型の三次元造形機１も容易に実現できる。
【００３８】
図７は、本実施形態に係る三次元造形機１と一般的な（従来の）三次元造形機１ｒの大きさを対比したものであり、図７（ａ）は本実施形態に係る三次元造形機１を示し、図７（ｂ）は一般的な三次元造形機１ｒを示す。図７から明らかなように、本実施形態に係る三次元造形機１は、一般的な三次元造形機１ｒに対して、Ｙ方向の全長を長さＬｒだけサイズダウンすることができる。この長さＬｒは、キャリッジＭｃのＹ方向における寸法Ｌｈに相当する。例示の射出ヘッド３は、Ａ４サイズを想定しているため、この条件の場合、クリーニングローラ６３及び紫外線ランプ６４を含むキャリッジＭｃのＹ方向寸法は、造形テーブル２のＹ方向寸法は同程度の寸法となる。したがって、三次元造形機１のＹ方向のサイズは、一般的な三次元造形機１ｒの２／３程度までサイズダウン可能となる。
【００３９】
また、キャリッジ又は造形テーブルの一方のみを単独で移動させる従来の三次元造形機に比べて、キャリッジＭｃ及び造形テーブル２のそれぞれの移動速度を１／２まで低下させることができる。したがって、ガイド機構を含む駆動系における部品の小型化や耐久グレードを下げることができるとともに、造形機全体の耐振対策や防音対策も縮小することができるため、部品点数が増加したとしてもコストアップを来す不具合を回避でき、しかも、将来的な造形スピードの高速化にも容易かつ柔軟に対応できる。
【００４０】
以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、Ｚ方向移動機構Ｍｚは、射出ヘッド３をＺ方向に移動させる場合を示したが、造形テーブル２をＺ方向に移動させる場合を排除するものではない。また、Ｚ方向における位置検出は、Ｚ方向サーボモータ５５に付設したロータリエンコーダ５７を用いた場合を示したが、位置センサ１６と同様のリニアエンコーダ等を用いてもよい。さらに、射出ヘッド３（造形材用ヘッド３ａ，サポート材用ヘッド３ｓ）として、Ｘ方向の全長に対応するドット数のノズルを有するラインヘッド３ｍを用いた場合を示したが、機械的なＸ方向移動機構を設けることにより、少ないドット数のノズルを有するラインヘッドをＸ方向へ反復移動させる形態であってもよい。なお、本発明に係る三次元造形機１は、小型コンパクト化を図れるため、特に、卓上型に構成して最適であるが、フロア設置型など各種タイプの三次元造形機にも同様に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の最良の実施形態に係る三次元造形機の要部の制御系を含む模式的平面構成図、
【図２】同三次元造形機のキャリッジの一部断面を含む模式的側面構成図、
【図３】同三次元造形機の要部を示す斜視構成図、
【図４】同三次元造形機のパージ機構部及びキャリッジの一部断面を含む模式的側面構成図、
【図５】同三次元造形機の作用説明図、
【図６】同三次元造形機におけるキャリッジと造形テーブルの位置関係を示す動作説明図、
【図７】同三次元造形機の効果説明図、
【符号の説明】
【００４２】
１：三次元造形機，２：造形テーブル，３：射出ヘッド，３ａ：造形材用ヘッド，３ｓ：サポート材用ヘッド，３ｍ：ラインヘッド，１１：ベルトプーリ，１２：ベルトプーリ，１３：タイミングベルト，１３ｎ：一方側に位置するベルト部分，１３ｒ：他方側に位置するベルト部分，１４：ベルト循環移動部，１５：回転駆動部，１６：位置センサ，２０：造形機制御部，Ｒ：造形用材料，Ｒａ：造形材，Ｒｓ：サポート材，Ａ：三次元造形物，Ｍｃ：キャリッジ，Ｍｙ：Ｙ方向移動機構，Ｍｙｎ：Ｙ方向正側移動部，Ｍｙｒ：Ｙ方向逆側移動部，Ｍｚ：Ｚ方向移動機構
【図１】
2010137482.tif 000003
【図２】
2010137482.tif 000004
【図３】
2010137482.tif 000005
【図４】
2010137482.tif 000006
【図５】
2010137482.tif 000007
【図６】
2010137482.tif 000008
【図７】
2010137482.tif 000009