(57)【要約】【課題】ベルト状の中間担持体上に形成された材料層を搬送し、ステージ上に転写・積層して立体物を造形する積層造形装置及び方法において、張力に起因した中間担持体の面外方向の変形を抑制して、立体物の精度を向上する。【解決手段】中間担持体２上に材料層１を形成し、該中間担持体２に第１の張力を付与して回転移動させ、材料層１がステージ３に対向する積層位置１２に到達した時点で、中間担持体２の移動を停止し、該中間担持体２に付与する張力を、第１の張力よりも小さい第２の張力に変更して、材料層１をステージ３上に転写する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルト状の中間担持体と、
造形材料からなる材料層を前記中間担持体の一方の表面上に形成する材料層形成手段と、
前記中間担持体の前記一方の表面に対向し且つ前記中間担持体に向けて移動可能なステージを備え、前記中間担持体上の前記材料層を前記ステージ上に転写・積層する造形手段と、
前記中間担持体に張力を付与する張力付与手段と、
前記中間担持体を移動させて前記材料層を前記材料層形成手段から前記造形手段まで搬送する搬送手段と、を備えた積層造形装置であって、
前記張力付与手段を制御して、前記中間担持体に付与される前記張力を制御する張力制御手段を備え、
前記張力制御手段は、少なくとも、前記材料層を前記材料層形成手段から前記造形手段まで搬送する際には第１の張力を、前記材料層が前記造形手段において前記ステージ上に転写・積層される際には第２の張力を、前記中間担持体に付与するように前記張力付与手段を制御することを特徴とする積層造形装置。
【請求項２】
前記中間担持体の形状を計測する計測手段を備え、
前記張力制御手段は、前記計測手段による計測値に基づいて前記第２の張力を決定することを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項３】
前記張力制御手段は、前記中間担持体における前記材料層の複数の載置位置のそれぞれにおいて前記計測手段によって計測された計測値に基づいて決定された前記載置位置毎の前記第２の張力を予め記憶した張力補正テーブルを備えていることを特徴とする請求項２に記載の積層造形装置。
【請求項４】
前記中間担持体の進行方向に平行な方向において、前記中間担持体上の材料層を積層すべき前記ステージ上の位置を調整する調整手段を備え、
前記調整手段は、前記第２の張力に基づいて前記材料層を積層すべき前記ステージ上の位置の調整量を決定する調整量算出手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項５】
前記調整量算出手段は、前記中間担持体上における前記材料層の複数の載置位置のそれぞれにおいて前記第２の張力に基づいて前記調整量算出手段によって決定された前記載置位置毎の前記材料層の位置の前記調整量を予め記憶した調整量補正テーブルを備えていることを特徴とする請求項４に記載の積層造形装置。
【請求項６】
前記ステージの前記中間担持体までの移動量は、前記第２の張力に基づいて決定されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項７】
前記中間担持体上における前記材料層の複数の載置位置のそれぞれにおいて前記第２の張力に基づいて決定された前記載置位置毎の前記ステージの前記移動量を予め記憶した移動量補正テーブルを備えていることを特徴とする請求項６に記載の積層造形装置。
【請求項８】
前記中間担持体を挟み、前記ステージに対向する位置に配置され、前記中間担持体の他方の表面に対して移動可能な押付板を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項９】
前記中間担持体を挟み、前記ステージに対向する位置に配置され、前記中間担持体の他方の表面に対して移動可能な押付板と、
前記押付板が前記中間担持体に接触した事を判定する接触検知手段と、
前記接触検知手段により接触が判定されるまでに前記押付板が移動した移動量を計測する接触位置計測手段と、を備え、
前記接触位置計測手段によって計測された前記押付板の前記移動量に基づき、前記ステージの前記移動量が決定されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項１０】
前記材料層形成手段は、前記第２の張力に基づいて算出された前記材料層の伸縮率に基づいて補正した大きさで前記材料層を形成することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項１１】
前記中間担持体上における前記材料層の複数の載置位置のそれぞれにおいて前記第２の張力に基づいて算出される前記載置位置毎の前記材料層の伸縮率を予め記憶した伸縮率補正テーブルを備えていることを特徴とする請求項１０に記載の積層造形装置。
【請求項１２】
中間担持体の一方の表面上に造形材料からなる材料層を形成する第１の工程と、
前記中間担持体を移動させて前記中間担持体上の前記材料層を、前記材料層がステージに対向するように、前記ステージ上に搬送する第２の工程と、
前記ステージを前記中間担持体に向けて移動させて前記材料層に接触させ、前記ステージ上に前記材料層を転写・積層する第３の工程と、を繰り返して立体物を製造する積層造形方法であって、
前記第２の工程において、前記中間担持体に第１の張力を付与し、
前記第３の工程において、前記材料層を前記ステージ上に転写・積層する前に、前記第１の張力よりも小さい第２の張力を前記中間担持体に付与することを特徴とする積層造形方法。
【請求項１３】
前記第３の工程において、前記材料層を前記ステージ上に転写・積層した後に、前記中間担持体に前記第１の張力を付与することを特徴とする請求項１２に記載の積層造形方法。
【請求項１４】
前記中間担持体の形状を計測した計測値に基づいて前記第２の張力を決定することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の積層造形方法。
【請求項１５】
前記中間担持体上の前記材料層の複数の載置位置のそれぞれにおいて前記中間担持体の形状を計測し、得られた計測値に基づいて前記載置位置毎に前記第２の張力を予め決定することを特徴とする請求項１４に記載の積層造形方法。
【請求項１６】
前記第２の張力に基づいて、前記中間担持体の進行方向に平行な方向において、前記ステージ上の前記材料層の位置を調整することを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の積層造形方法。
【請求項１７】
前記中間担持体上の前記材料層の複数の載置位置のそれぞれにおいて、前記第２の張力に基づいて前記載置位置毎の前記材料層の位置の調整量を予め決定することを特徴とする請求項１６に記載の積層造形方法。
【請求項１８】
前記第３の工程において、前記ステージを前記中間担持体に向けて移動させる移動量を、前記第２の張力に基づいて決定することを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれか１項に記載の積層造形方法。
【請求項１９】
前記中間担持体上の前記材料層の複数の載置位置のそれぞれにおいて、前記第２の張力に基づいて前記載置位置毎の前記ステージの前記移動量を予め決定することを特徴とする請求項１８に記載の積層造形方法。
【請求項２０】
前記第３の工程において、前記中間担持体を挟んで前記ステージに対向する押付板を前記中間担持体に接触するまで移動させ、前記ステージを前記中間担持体に向けて移動させて、前記材料層を前記ステージと前記押付板とで挟持して前記材料層を前記ステージ上に転写・積層することを特徴とする請求項１２乃至１９のいずれか１項に記載の積層造形方法。
【請求項２１】
前記第３の工程において、前記中間担持体を挟んで前記ステージに対向する押付板を前記中間担持体に接触するまで移動させ、前記押付板の移動量に基づいて前記ステージを前記中間担持体に向けて移動させて、前記材料層を前記ステージと前記押付板とで挟持して前記材料層を前記ステージ上に転写・積層することを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれか１項に記載の積層造形方法。
【請求項２２】
前記第１の工程において、前記第２の張力に基づいて前記材料層の伸縮率を算出し、前記伸縮率に基づいて補正した大きさで前記材料層を形成することを特徴とする請求項１２乃至２１のいずれか１項に記載の積層造形方法。
【請求項２３】
前記中間担持体上の前記材料層の複数の載置位置のそれぞれにおいて、前記第２の張力に基づいて前記載置位置毎の伸縮率を予め算出することを特徴とする請求項２２に記載の積層造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）、３次元プリンタ、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）等で呼称される、積層造形法を利用した立体物の積層造形装置及び積層造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層造形法は、立体物の形状データをスライスして複数の断面データに分割し、各断面データに応じて造形材料からなる材料層を形成し、該材料層を順次積層して一体化することにより、立体物を製造する技術である。積層造形法では、金型が不要であり、また、複雑な立体形状を製造可能であることから、試作品の成形や、単品や小ロット品の製造に利用されている。
特許文献１、２には、電子写真方式を用いた積層造形装置及び積層造形方法が開示されている。係る方法では中間担持体上に造形材粒子を配置して断面データに応じた材料層を形成し、該材料層をステージ上に先に転写された材料層の上に転写して積層すると同時に加熱し、上下の材料層を一体化する工程を繰り返して立体物を製造する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２０７１９４号公報
【特許文献２】特表２０１４−５３３２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２に記載された方法においては、ベルト状の中間担持体が駆動ローラと従動ローラの二つのローラに掛け渡され、一定の張力がかけられた状態で回転させることにより、上記中間担持体が移動して、その上の材料層がステージまで搬送される。そのため、中間担持体には張力に起因した変形が生じる。例えば、ローラには中間担持体の蛇行を抑制するために、クラウンと呼ばれる、ローラの軸方向の中心から端部に向かって外径が漸減或いは漸増する形状が付される場合がある。係るローラの場合には、クラウン形状によって、中間担持体には面外方向に変形が生じる。また、ローラの傾きなどによっても、中間担持体には面外方向に変形が生じる。図１２に、クラウンが付されたローラに張架した中間担持体の面外変形の例を示す。図１２（ａ）は、二つのローラ２１ａ，２１ｂにベルト状の中間担持体２２を張架し、該中間担持体２２に張力を付した状態の平面図であり、図中のＨ−Ｈ’断面を図１２（ｂ）に、Ｉ−Ｉ’断面から眺めたローラ２１ａの様子を図１２（ｃ）に示す。図１２に示すように、軸方向中央部が膨らんだローラ２１ａ，２１ｂに張架された中間担持体２２は、幅方向中央が外側に膨らんだ形状に面外変形を生じてしまう。
しかしながら、積層造形装置においては、中間担持体上の材料層をステージ上に転写・積層層する際には、中間担持体上の材料層の表面とステージ表面或いは既にステージ上に転写された材料層からなる積層体の最表面とで面接触により積層を行う。均一な接触のためには、少なくともステージに対向する位置において、中間担持体は平坦に近い状態である必要があり、張力に起因した面外変形が生じた状態では製造される立体物の精度が低くなってしまう。
本発明の課題は、ベルト状の中間担持体上に材料層を形成して搬送し、ステージ上に転写・積層して立体物を造形する積層造形装置及び方法において、張力による中間担持体の面外方向の変形を抑制して、製造される立体物の精度を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１は、ベルト状の中間担持体と、
造形材料からなる材料層を前記中間担持体の一方の表面上に形成する材料層形成手段と、
前記中間担持体の前記一方の表面に対向し且つ前記中間担持体に向けて移動可能なステージを備え、前記中間担持体上の前記材料層を前記ステージ上に転写・積層する造形手段と、
前記中間担持体に張力を付与する張力付与手段と、
前記中間担持体を移動させて前記材料層を前記材料層形成手段から前記造形手段まで搬送する搬送手段と、を備えた積層造形装置であって、
前記張力付与手段を制御して、前記中間担持体に付与される前記張力を制御する張力制御手段を備え、
前記張力制御手段は、少なくとも、前記材料層を前記材料層形成手段から前記造形手段まで搬送する際には第１の張力を、前記材料層が前記造形手段において前記ステージ上に転写・積層される際には第２の張力を、前記中間担持体に付与するように前記張力付与手段を制御することを特徴とする。
本発明の第２は、中間担持体の一方の表面上に造形材料からなる材料層を形成する第１の工程と、
前記中間担持体を移動させて前記中間担持体上の前記材料層を、前記材料層がステージに対向するように、前記ステージ上に搬送する第２の工程と、
前記ステージを前記中間担持体に向けて移動させて前記材料層に接触させ、前記ステージ上に前記材料層を転写・積層する第３の工程と、を繰り返して立体物を製造する積層造形方法であって、
前記第２の工程において、前記中間担持体に第１の張力を付与し、
前記第３の工程において、前記材料層を前記ステージ上に転写・積層する前に、前記第１の張力よりも小さい第２の張力を前記中間担持体に付与することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明においては、中間担持体に付与される張力を張力制御手段によって制御し、中間担持体上の材料層をステージ上に転写・積層する際には、該張力を緩和することによって、中間担持体の面外変形を抑制することができる。よって、本発明においては、中間担持体上に形成された材料層の表面を、ステージの表面或いはステージ上に積層された積層体の最表面に均一に接触させることができ、高精度に立体物を製造することができる。
また、本発明においては、中間担持体の形状を計測して上記張力を制御することにより、より高精度に立体物を製造することができる。
さらに、本発明においては、上記張力に応じて、ステージ上の材料層の位置や、ステージの中間担持体上までの移動量や、中間担持体上に形成する材料層の大きさを制御することにより、より高精度に立体物を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施形態の装置構成を模式的に示す正面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の装置構成を模式的に示す正面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における中間担持体の形状の計測の様子を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態のフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施形態の装置構成を模式的に示す正面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における材料層の位置の調整方法を模式的に示す正面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態の装置構成を模式的に示す正面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態において、ステージの中間担持体までの距離の制御方法を模式的に示す正面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態の装置構成を模式的に示す正面図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態の装置構成を模式的に示す正面図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態において、材料層の大きさを調整する方法を模式的に示す正面図である。
【図１２】クラウンを付したローラにベルト状の中間担持体を張架した状態を示す正面図と断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の積層造形装置は、ベルト状の中間担持体と、該中間担持体上に材料層を形成する材料層形成手段と、該材料層をステージ上に転写・積層する造形手段と、中間担持体に張力を付与する張力付与手段と、上記中間担持体の搬送手段と、を備えている。そして、本発明においては、上記張力付与手段を制御して、上記中間担持体に付与する張力を制御する張力制御手段を有している。本発明においては、張力制御手段によって上記中間担持体の搬送時の第１の張力と材料層をステージ上に転写・積層する際の第２の張力と制御する。
【０００９】
本発明の積層造形方法は、上記本発明の積層造形装置を用い、ステージ上に複数の材料層を積層して立体物を製造する方法である。本発明においては、中間担持体上に形成された材料層を造形手段まで搬送する際に中間担持体に付与する第１の張力よりも、造形手段において材料層をステージ上に転写・積層する際に中間担持体に付与する第２の張力を小さくすることに特徴を有する。
【００１０】
以下に、本発明の積層造形装置及び積層造形方法を、実施形態を挙げて具体的に説明する。尚、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明においては、その趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下に説明する実施形態に対して適宜、変更、改良等が加えられたものについても本発明の範囲に含むものとする。また、図１乃至図１５において、同じ部材には同じ符号を付した。
【００１１】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態の積層造形装置の構成を模式的に示した正面図である。図中、１０は不図示の制御処理に従って作成された立体物の形状データをスライスして得られた断面データ（スライスデータ）に応じた画像パターンの材料層１を中間担持体２の一方の表面上に形成する材料層形成手段である。
【００１２】
本発明において中間担持体２はベルト状であり、本実施形態においては、エンドレスベルトとして、ローラ５ａ、５ｂに張架されている。本実施形態では、ローラ５ａは従動ローラであり、ローラ５ｂが駆動ローラである。中間担持体２の搬送手段として中間担持体駆動手段７ａと搬送指令発生手段７ｂとを備え、搬送指令発生手段７ｂにより発生された指令に基づいて中間担持体駆動手段７ａがローラ５ｂを回転駆動し、これにより、中間担持体２が回転移動する。尚、以下に参照する図面において、便宜上、中間担持体２の幅方向であって、ローラ５ａとローラ５ｂの回転軸に平行な方向をＹ方向、ローラ５ａ，５ｂの両方の回転軸に交差して直交する方向をＸ方向、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。
【００１３】
ローラ５ｂには張力付与手段６が連結されており、ローラ５ｂに対して変位、若しくは荷重を与えることで、中間担持体２に対して張力を与えている。材料層１は中間担持体２が停止した状態で、材料層形成位置１１において中間担持体２上に形成される。次いで、搬送指令発生手段７ｂが搬送指令を発し、中間担持体駆動手段７ａがローラ７ｂを回転させることにより中間担持体２が回転移動し、材料層１が図１中の矢印Ａ方向に進行する。材料層１が材料層積層位置１２に到着すると、搬送指令発生手段７ｂが停止指令を発し、中間担持体駆動手段７ａがローラ７ｂの回転を停止し、中間担持体２は停止して材料層１はステージ３に対向する。本実施形態においては、中間担持体２を挟み、ステージ３に対向する位置に押付板４が配置されている。ステージ３は矢印Ｅ方向（Ｚ方向）に、押付板４は矢印Ｄ方向（Ｚ方向）に、それぞれ中間担持体２に向かって往復移動可能に構成され、本発明の造形手段を構成している。
【００１４】
材料層１は、材料層積層位置１２において中間担持体２に向かって移動してきた押付板４とステージ３とに挟持され、ステージ３上に転写され、中間担持体２から剥離される。この時、１層目の材料層１であれば、ステージ３の表面に転写され、２層目以降の材料層１であれば、ステージ３に先に転写された材料層１からなる積層体９の最表面上に転写され、該積層体９に積層されて一体化する。また、この時、材料層１を熱可塑性材料で構成した場合には、該材料層１は加熱によって軟化或いは溶融し、材料層１全体が一体化すると同時に、積層体９と一体化する。よって、材料層１は、造形手段に至るまでの間、例えばローラ５ｂに組み込まれた加熱手段（不図示）、或いは、押付板４に組み込まれた加熱手段（不図示）によって加熱される。加熱手段としてはカートリッジヒータが適用可能であるが、この限りではない。
【００１５】
中間担持体２上の材料層１がステージ上に転写・積層されると、ステージ３及び押付板４がそれぞれ中間担持体２から離れ、搬送指令発生手段７ｂが搬送指令を発し、中間担持体２は再び移動を開始する。
上記動作を繰り返すことにより、ステージ３上には複数の材料層１が順次積層され、立体物が造形される。
【００１６】
材料層１を、材料層形成位置１１から材料層積層位置１２まで搬送する際に、中間担持体２に付与する第１の張力をＴ１とすると、Ｔ１は、中間担持体２を安定して駆動できる張力Ｔ０以上が望ましい。第１の張力Ｔ１が付与されて移動する中間担持体２にはローラ５ａ、５ｂの形状や、形状誤差、取付角度の違いなどに起因して、面外変形が生じる場合がある。特に、ローラ５ａ、５ｂに中間担持体２の蛇行抑制のために、クラウン形状が付されている場合には、中間担持体２には、幅方向及び進行方向に直交する方向において変形が生じる。
【００１７】
本発明においては、係る変形を緩和するために、張力制御手段８を備えている。材料層１が材料層積層位置１２に到達すると、搬送指令発生手段７ｂが中間担持体駆動手段７ａに停止指令を発する。これと同時に、張力制御手段８は張力付与手段６に対して、中間担持体２に付与する張力を、第１の張力１よりも小さい第２の張力Ｔ２に変更する信号を発する。第２の張力Ｔ２は上記Ｔ０未満であることが好ましい。
【００１８】
そして、材料層１がステージ３上或いは積層体９の最表面に積層され、中間担持体２から剥離された後に、張力制御手段８は第２の張力Ｔ２から第１の張力Ｔ１へ変更する指令を発生する。これにより、中間担持体２には、再び第１の張力Ｔ１が付与され、この状態で、搬送指令発生手段７ｂが搬送指令を発して中間担持体２が再び回転移動を開始する。
【００１９】
このように、材料層１が材料層積層位置１２に到達した際に、中間担持体２の張力を弱める張力制御手段を備えることにより、中間担持体２の面外変形を抑制することができる。よって、材料層１をステージ３の表面或いはステージ３上の積層体９の最表面に均一に接触させることで精度の高い立体物を製造することができる。
【００２０】
本実施形態において、材料層形成手段１０としては、静電力を利用した電子写真方式が用いられる。材料層形成手段１０は、不図示の現像装置と像担持体と露光装置とを備え、造形材料の粒子（造形材粒子）からなる粒子像を像担持体上に形成し、該粒子像を中間担持体２上に転写して、材料層１を形成する。より具体的には、像担持体の表面を不図示の帯電装置で一様に帯電させる。帯電の方法については特に限定はされない。露光装置を用いて、製造する立体物の断面データに従って、帯電した像担持体を露光し、像担持体の表面上に静電潜像を形成する。続いて、現像装置から造形材粒子を像担持体に供給すると、像担持体の表面上の静電潜像が形成された領域に配置される。これにより、静電潜像を可視化し、像担持体の表面上には造形材粒子による粒子像が形成される。
【００２１】
その後、像担持体上に配置された粒子像を、中間担持体２上へと転写し、材料層１とする。尚、オーバーハング構造や可動部のある構造など、複雑な形状の立体物を製造する場合、空間領域の上に材料層を配置する必要が生じる。そのため、立体物を構成する構造材料と、該構造材料の積層を支持するサポート材料の二種類の造形材料を用い、空間となる領域をサポート材料で埋めた材料層を形成し、材料層の転写・積層後にサポート材料のみを除去する。このように、サポート材料が必要な場合には、材料層形成手段１０を中間担持体２の移動方向に沿って２箇所設け、造形材粒子として構造材料からなる構造材粒子と、サポート材料からなるサポート材粒子とを用意する。そして、一方の材料層形成手段１０で構造材粒子からなる粒子像を、他方の材料層形成手段１０でサポート材粒子からなる粒子像をそれぞれ形成し、所定のタイミングで中間担持体２に転写する。これにより、構造材粒子による粒子像と、サポート材粒子による粒子像と、からなる材料層１を形成することができる。即ち、構造材粒子及びサポート材粒子のいずれか一方からなる第１の層が転写された中間担持体２に、他方からなる第２の層を転写して、材料層１を形成する。中間担持体２に転写する際には、静電エネルギーを利用した静電転写など、公知の転写方式が使用可能である。尚、粒子像を中間担持体２に転写する順序は特に限定されず、構造材粒子からなる粒子像を転写した後にサポート材粒子からなる粒子像を転写しても良いし、その逆でも良い。
【００２２】
また、本発明は造形手段における材料層１の転写・積層手段を加熱手段に限定するものではないが、材料層１を熱可塑性の造形材料で形成し、加熱融着によって容易に転写・積層することができるため、好ましい。熱可塑性の造形材料としては、熱可塑性樹脂や熱可塑性を有する金属材料、無機材料などの熱可塑性材料を好適に用いることができる。尚、「熱可塑性」とは、常温では変形しにくいが、材料に応じた温度で加熱すると塑性を示して自由な変形が可能となり、また冷却すると再び固くなる特性を指す。
【００２３】
熱可塑性樹脂としては、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＡ（ナイロン／ポリアミド）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、エラストマーなどが挙げられるが、これらに限定はされない。
また、造形材料は、目的とする立体物の機能にあわせて顔料や分散剤などの機能性物質をさらに含んでいてもよい。
【００２４】
前記したように、造形材料として、立体物を構成する構造材料と、該構造材料を支持するサポート材料とを併用する場合、積層体９が最上層まで積層された後に該サポート材料を除去する必要がある。よって、サポート材料は積層体９から除去しうる材料でなければならない。具体的には、構造材料をサポート材料よりも融点が高い材料で構成することで、完成した積層体９を、サポート材料の融点よりも高く、構造材料の融点よりも低い温度に加熱して、サポート材料のみを溶融除去する方法が挙げられる。また、構造材料を非水溶性材料とし、サポート材料を水溶性とするか、或いは、サポート材料に水溶性材料を含有させておくことにより、完成した積層体９を水に浸漬して、サポート材料のみを溶解、或いは分散させて除去することができる。
【００２５】
このような水溶性材料としては、水溶性を有する有機材料である水溶性有機材料、好ましくは熱可塑性の水溶性有機材料を使用することができる。水溶性有機材料としては、具体的には、水溶性の単糖やオリゴ糖、多糖、食物繊維などの水溶性糖類、ポリアルキレンオキシド、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）が好ましく用いられる。
【００２６】
また、上記の実施形態においては、材料層形成手段１０として電子写真方式を用いた例を示したが、本発明においては、係る方式に限定されない。本発明においては、中間担持体２上に断面データに応じて材料層１を形成し、ステージ３上に該材料層１を転写・積層しうる形態であれば、他の方式も用いることができる。
【００２７】
〔第２の実施形態〕
第２の実施形態の積層造形装置の構成を図２に示す。本実施形態は、第１の実施形態に対して、中間担持体２の形状を計測する形状計測手段１４を加え、該形状計測手段１４による計測値に基づいて、第２の張力Ｔ２を決定するものである。形状計測手段１４として具体的には、レーザ光の反射により距離を計測するレーザ変位計や、静電容量センサなどの非接触な計測手段の適用が好ましいが、その限りではない。
【００２８】
図３に、本実施形態における、中間担持体２の形状計測の様子を模式的を示す。図３は図２のＦ−Ｆ’断面を模式的に示しており、中間担持体２の変形形状を誇張して示している。また、２は第１の張力Ｔ１が付与されている中間担持体を、２’は第２の張力Ｔ２が付与された中間担持体を示す。本実施形態では、形状計測手段１４として、３個のレーザ変位計１４ａ、１４ｂ、１４ｃを使用し、中間担持体２の幅方向（Ｙ方向）両端部と中央部の距離を計測している。そしてその計測値の差分より、凹形状変位ｈの値を求める。図３に示すように、第２の張力Ｔ１の変形変位ｈに対して、第１の張力Ｔ１より小さい第２の張力Ｔ２の変形変位は小さくなる。張力制御手段８により張力を低減させれば、それに伴い形状計測手段１４により求められる凹形状変位ｈも低減していく。そしてある閾値を凹状変位ｈが下回った際の張力を第２の張力Ｔ２と決定する。
【００２９】
図４は、本実施形態における、張力低減及び積層に関するフローチャートを示している。そのフローチャートについて以下に説明する。
先ず、搬送指令発生手段７ｂより搬送指令が中間担持体駆動手段７ａに発せられ、中間担持体２上の材料層１が材料層積層位置１２に搬送され、次いで、搬送指令発生手段７ｂが停止指令を発し、材料層１が停止する（Ｓ１）。次に、張力制御手段８により、張力付与手段６に対して張力低減の指令を与える（Ｓ２）。次に、形状計測手段１４にて中間担持体２の面外変形量である凹状変位ｈを計測する（Ｓ３）。次に、凹状変位ｈが予め設定した閾値よりも下回っているかどうかを判断する（Ｐ１）。下回っていなかった場合、再度Ｓ２に戻る。下回っていた場合、その際にかけられている張力を張力Ｔ２と決定し、材料層１のステージ３上への転写・積層を実行する（Ｓ４）。
【００３０】
本実施形態の変形例として、立体物の製造に入る前段階でのキャリブレーション時や、装置製作時などにおいて、予め第２の張力を張力補正テーブル（不図示）を作成して張力制御手段８に記憶しておいてもよい。転写・積層の際には、適宜、該張力補正テーブルに記憶した第２の張力を用いることができる。具体的には、中間担持体２上に設定される材料層１の複数の載置位置に対してそれぞれ、予め図４のフローチャートに基づき第２の張力Ｔ２を計測し、張力補正テーブルに記憶しておく。中間担持体２上に設定される載置位置の具体的な指示位置としては、搬送指令発生手段７ｂの指令値から決定することができる。つまり、搬送指令発生手段７ｂの指令値と張力Ｔ２とを対応させて、張力補正テーブルを作成し、該張力補正テーブルを張力制御手段８に配置して、積層の際に用いる方法も取ることができる。
【００３１】
中間担持体２は、厚みのムラや、加工工程に起因する残留応力ムラなどにより、全周において機械的特性が均一であるとは限らず、同じ張力を与えた場合においても材料層１の載置位置毎に変形量が異なってくる。そのため、場所により第２の張力Ｔ２を変更することが望ましい。よって、本実施形態に例示したように、形状計測手段１４を用いることで、中間担持体２の場所により異なる第２の張力Ｔ２を最適に決定することができる。
【００３２】
〔第３の実施形態〕
第３の実施形態の積層造形装置の構成を図５に示す。本実施形態は、第１の実施形態の構成にさらに、中間担持体２の進行方向に平行な方向において、中間担持体２上の材料層１を積層すべきステージ３上の位置を調整する調整手段１５と、該位置の調整量を決定する調整量算出手段１６とを加えた構成を有する。調整量算出手段１６は、張力制御手段８により発せられた張力の指令値に基づいて、調整手段１５が調整するステージ３の位置の調整量を決定する。
【００３３】
図６に、本実施形態における、調整手段１５によるステージ３の位置の調整方法の概略図を示す。図６（ａ）は中間担持体２に第１の張力Ｔ１が付与された状態、図６（ｂ）は中間担持体２に第２の張力Ｔ２が付与された状態である。付与する張力をＴ１からＴ２に変更すると、図６（ｂ）に示すようにローラ５ｂがｄｘ１だけ移動するが、その移動に伴いローラ５ａとローラ５ｂ間の距離がｄｘ１だけ変化する。そしてその変化に伴い、材料層１の位置も、Ｘ方向に平行にｄｘ２だけ変化する。つまり、中間担持体２に付与される張力の変更に伴い、材料層１も同方向に位置（Ｘ位置）がｄｘ２だけ変化することになる。第２の張力Ｔ２は中間担持体２上の材料層１の載置位置ごとに異なるため、材料層１のＸ位置の変化量ｄｘ２も該載置位置ごとに異なることが考えられる。その位置変化を調整するために、材料層１のＸ位置変化量ｄｘ２と同じ量だけ調整手段１５を駆動し、材料層１の位置を調整する。
【００３４】
ローラ５ｂの移動量ｄｘ１は、張力制御手段８により決定された第２の張力Ｔ２により決定する値である。また、材料層１のＸ位置変化量ｄｘ２は、ローラ５ｂの移動量ｄｘ１により決定される値である。つまり、材料層１のＸ位置変化量ｄｘ２は第２の張力Ｔ２により決定することができる。そのことから、本実施形態では、調整手段１５の調整量は、張力制御手段８により発せられた張力の指令値Ｔ２に基づいて、調整量算出手段１６により決定する。ｄｘ２の決定方法としては、例えば積層位置１２がローラ５ａとローラ５ｂとの中央に位置するような場合においては、幾何学的な関係性から以下が成り立つ。
ｄｘ２＝ｄｘ１／２
このことから、第２の張力Ｔ２からｄｘ１が決定されれば、自動的にｄｘ２を決定することができる。
【００３５】
本実施形態の応用例として、立体物の製造に入る前段階でのキャリブレーション時や、装置製作時などにおいて予め調整量補正テーブル（不図示）を作成して記憶しておき、立体物の製造時に該テーブルからデータを読み出して利用する形態が考えられる。調整量補正テーブルは、張力変更に伴う材料層１のＸ位置変化量ｄｘ２を算出或いは計測して作成することができる。例えば、ある載置位置において、第２の張力Ｔ２を決定し、材料層１のＸ位置変化ｄｘ２を計測し記憶する。また、別の載置位置において、第２の張力Ｔ２’を決定し、材料層１のＸ位置変化量ｄｘ２’を計測し記憶する。このように、複数の載置位置において、第２の張力Ｔ２に基づいて材料層１のＸ位置変化量ｄｘ２を予め算出或いは計測しておき、調整量補正テーブルを作成し、調整量算出手段１６に記憶しておく。
【００３６】
本例においては、中間担持体２上の材料層１の載置位置と、該載置位置が材料層積層位置１２に搬送された際の、材料層１のＸ位置の調整量が第２の張力Ｔ２を介して対応付けられることとなる。これにより、材料層積層位置１２へ中間担持体２を搬送する指令値（搬送指令発生手段７ｂにより発せられる指令値）と調整量補正テーブル１９とを照らし合わせて、ｄｘ２を決定し調整を行うという方法を適用することもできる。材料層１のＸ位置変化量の計測の方法としては、例えばカメラなどの画像取得手段を備え、張力変更の前後で材料層１を撮影し、画像を比較して画素基準でＸ位置変化量を計測して算出することができるが、方法はこの限りではない。
【００３７】
本実施形態においては、中間担持体２に付与する張力の変更に伴う材料層１のＸ位置変化量を補正して積層を行うために調整手段１５を用いているが、調整手段１５を用いずに、中間担持体２の搬送量を調整して補正を行う方法も取ることができる。例えば、中間担持体２を調整量の分だけ多めに搬送しておくことで、第２の張力Ｔ２へ変更する際に材料層１が正しい積層位置１２へ変位するという方法を取ることができる。
【００３８】
以上のように、本実施形態を適用することにより、中間担持体２に付与する張力を変更した場合においても、材料層１のＸ位置変更に伴う積層位置の誤差を抑制することができ、精度の高い立体物の積層造形を実現することができる。
【００３９】
〔第４の実施形態〕
第４の実施形態の積層造形装置の構成を図７に示す。本実施形態は、第１の実施形態に対して、中間担持体２に付与される張力の変化に基づき、ステージ３の移動量を調整する移動調整手段（不図示）を備えている。図８に、本実施形態におけるステージ３の移動量の調整方法の概略図を示す。図８（ａ）は中間担持体２に第１の張力Ｔ１が付与された状態、図８（ｂ）は中間担持体２に第２の張力Ｔ２が付与された状態である。
【００４０】
中間担持体２に付与する張力をＴ１からＴ２に変更すると、図８（ｂ）に示すようにローラ５ｂがｄｘ１だけ移動するが、その移動に伴いローラ５ａとローラ５ｂ間の距離がｄｘ１だけ変化する。そしてその変化に伴い、中間担持体２には自重による撓みが生じるため、Ｚ方向における材料層１の位置（Ｚ位置）もｄｚだけ変化する。つまり、中間担持体２に付与される張力の変更に伴い、材料層１のＺ位置が変化することになる。第２の張力Ｔ２は中間担持体２上の材料層１の載置位置ごとで異なるため、材料層１のＺ位置の変化量ｄｚも該載置位置ごとに異なることが考えられる。その位置変化を調整するために、材料層１のＺ位置変化量ｄｚに応じて、ステージ３のＺ方向への移動量を調整する。
【００４１】
ローラ５ｂの移動量ｄｘ１は、張力制御手段８により決定された第２の張力Ｔ２により決定する値である。また、材料層１のＺ位置変化量ｄｚは、ローラ５ｂの移動量ｄｘ１により決定される値である。つまり、材料層１のＺ位置変化量ｄｚは第２の張力Ｔ２により決定することができる。そのことから、本実施形態では、ステージ３のＺ方向の移動量を、張力制御手段８により発せられた張力の指令値Ｔ２に基づいて決定する。ｄｚの決定方法としては、例えば、張力及び重力の掛かった懸垂線の方程式から算出しても良いが、その限りではない。
【００４２】
本実施形態の応用例として、立体物の製造に入る前段階でのキャリブレーション時や、装置製作時などにおいて、予め移動量補正テーブル（不図示）を作成して記憶しておき、立体物の製造時に該テーブルからデータを読み出して利用する形態が考えられる。移動量補正テーブルは、中間担持体２上の複数の材料層１の載置位置に対してそれぞれ、予め張力変更に伴う材料層１のＺ位置変化ｄｚを算出或いは計測して作成することができる。例えば、ある載置位置において、第２の張力Ｔ２を決定し、材料層１のＺ位置変化量ｄｚを計測し記憶する。また、別の載置位置において、第２の張力Ｔ２’を決定し、材料層１のＺ位置変化量ｄｚ’を計測し記憶する。このように、複数の載置位置について、第２の張力Ｔ２に基づいて、材料層１のＺ位置変化量ｄｚを予め計測して移動量補正テーブルを作成し、アクセス可能なメモリに記憶しておくとよい。
【００４３】
本例においては、中間担持体２上における材料層１の載置位置と、該載置位置が材料層積層位置１２に搬送された際の、ステージ３のＸ方向の移動量が第２の張力Ｔ２を介して対応付けられることとなる。これにより、材料層積層位置１２へ中間担持体２を搬送する指令値（搬送指令発生手段７ｂにより発せられる指令値）と移動量補正テーブルとを照らし合わせて、ｄｚを決定し調整を行うという方法を適用することもできる。材料層１のＺ位置変化量ｄｚの計測の方法としては、例えばレーザ光の反射により距離を計測するレーザ変位計や、静電容量センサなどの非接触な計測手段が挙げられる。これらの手段によって、中間担持体２の張力変更の前後で変位量を計測し、Ｚ位置変化量ｄｚを算出することができるが、本発明においてはこの限りではない。
【００４４】
尚、材料層１のＸ方向長さに対して中間担持体２のＸ方向長さは非常に長いため、中間担持体２の自重による撓みが平坦度に与える影響は非常に小さく、立体物の精度に影響を与えることは無いと考えられる。
【００４５】
以上のように、本実施形態を適用することにより、中間担持体２の張力を変更した場合においても、材料層１のＺ位置変更に伴う積層位置の誤差を抑制することができ、精度の高い立体物の積層造形を実現することができる。
【００４６】
〔第５の実施形態〕
第５の実施形態の積層造形装置の構成を図１２に示す。本実施形態は、第１の実施形態の押付板４に対して、接触検知手段１７及び接触位置計測手段１８が備えられている。接触検知手段１７は、押付板４が中間担持体２に接触したかどうかを判定する。接触検知手段１７の具体的な例としては、接触した際の力をモニタリングする力センサや、接触することにより通電するセンサなどを用いることができるが、この限りではない。また、接触位置計測手段１８は接触検知手段１７により接触が判定されるまでに押付板４が移動した移動量を計測する。前述したように、中間担持体２の張力が変更されるに伴い、材料層１のＺ位置も変化する。そのため、材料層１のＺ位置変化量に応じてステージ３のＺ方向の移動量も変更させる必要があるが、その変更量を決定するために、接触位置計測手段１８により計測された押付板４の移動量を用いる。この時、押付板移動量が材料層１のＺ位置変化量であることから、張力変更前のステージ３のＺ方向移動量に対して、押付板移動量の差分を取ることにより、張力変更後のステージ３のＺ方向移動量を算出することができる。このように、接触検知手段１７及び接触位置計測手段１８を用いることにより、張力変更後のステージ３のＺ方向移動量を決定することができる。
【００４７】
尚、材料層１のＸ方向長さに対して中間担持体２のＸ方向長さは非常に長いため、中間担持体２の自重による撓みが平坦度に与える影響は非常に小さく、立体物の精度に影響を与えることは無いと考えられる。
【００４８】
以上のように、本実施形態を適用することにより、中間担持体２の張力を変更した場合においても、材料層１のＺ位置変更に伴う積層位置の誤差を抑制することができ、精度の高い立体物の積層造形を実現することができる。
【００４９】
〔第６の実施形態〕
第６の実施形態の積層造形装置の構成を図１０に示す。本実施形態は、第１の実施形態に対し、中間担持体２に付与される張力の変化に伴う材料層１の伸縮変化に対応する手段を備えている。図１１に、本実施形態における材料層１の伸縮変化の様子を示す。図１１（ａ）は中間担持体２に第１の張力Ｔ１が付与された状態、図１１（ｂ）は中間担持体２に第２の張力Ｔ２が付与された状態である。
【００５０】
中間担持体２に付与する張力をＴ１からＴ２に変更すると、図１１（ｂ）に示すようにローラ５ｂがｄｘ１だけ移動するが、その移動に伴いローラ５ａとローラ５ｂ間の距離がｄｘ１だけ変化する。そしてその変化に伴い、中間担持体２の長さが変化するため、材料層１の長さもＬからｄＬだけ変化する。つまり、中間担持体２に付与される張力の変更に伴い、材料層１の長さが変化することになる。その長さ変化を調整するために、材料層１の長さ変化量ｄＬに応じて、材料層形成手段１０は材料層１のＸ方向を伸縮して形成する。材料層１の伸縮率は、それが中間担持体２上にあることから、中間担持体２の伸縮率と等しいと考えることができる。この時、図１１に示すように、張力変更前の中間担持体２の長さをＸとすると、伸縮率Ｅは以下の式となる。
Ｅ＝（Ｌ−ｄＬ）／Ｌ＝（ｘ−ｄｘ１）／ｘ
【００５１】
ローラ５ｂの移動量ｄｘ１は、張力制御手段８により決定された第２の張力Ｔ２により決定される値である。つまり、材料層１の伸縮率Ｅは第２の張力Ｔ２により決定することができる。そのことから、本実施形態では、材料層１の伸縮率Ｅは、張力制御手段８により発せられた張力の指令値Ｔ２に基づいて決定する。そして、前述の伸縮率Ｅの逆数をＸ方向長さに乗じた材料層１を材料層形成手段１０により形成する。
【００５２】
本実施形態の応用例として、立体物の製造に入る前段階でのキャリブレーション時や、装置製作時などにおいて、予め張伸縮率補正テーブル（不図示）を作成して記憶しておき、造形時にデータを読み出して利用するのも好ましい。張伸縮率補正テーブルは、中間担持体２上の複数の材料層１の載置位置に対してそれぞれ、予め張力変更に伴う材料層１の伸縮率Ｅを算出或いは計測して作成することができる。そして、対応する載置位置が材料層形成位置１１に搬送された際に、伸縮率補正テーブルに記憶された該載置位置の伸縮率Ｅの逆数をＸ方向長さに乗じた材料層１を材料層形成手段１０により形成する。例えば、ある載置位置において、第２の張力Ｔ２を決定し、材料層１の伸縮率Ｅを計測し記憶する。また、別の載置位置において、第２の張力Ｔ２’を決定し、材料層１の伸縮率Ｅ’を計測し記憶する。このように、複数の載置位置において、第２の張力Ｔ２に基づいて、材料層１の伸縮率Ｅを予め計測しておき、伸縮率補正テーブルとしてアクセス可能なメモリに記憶しておく。これにより、形成位置１１と伸縮率が張力Ｔ２を介して対応付けられることとなる。これにより、形成位置１１へ中間担持体２を搬送する指令値（搬送指令発生手段７ｂにより発せられる指令値）と伸縮率補正テーブルとを照らし合わせて伸縮率Ｅを決定する。そして、対応する載置位置が形成位置１１に搬送された際に伸縮率Ｅに対応した大きさの材料層１を形成する。伸縮率Ｅの計測の方法としては、例えばカメラなどの画像取得手段を備え、張力変更の前後で材料層１を撮影し、画像を比較して画素基準で長さ変化量ｄＬを計測して算出することができるが、方法はこの限りではない。
【００５３】
以上のように、本実施形態を適用することにより、中間担持体２の張力を変更した場合においても、材料層１の伸縮変更に伴う造形誤差を抑制することができ、精度の高い立体物の積層造形を実現することができる。
【００５４】
以上述べたように、第１乃至第６の実施形態の特徴的な構成を用いることで、付与される張力に起因する中間担持体２の面外方向の変形を極小に抑えた状態で、材料層１の積層を行うことができる。その結果、中間担持体２上の材料層１をステージ３上に、或いはステージ３上の積層体９の最表面層に均一に接触させることができ、立体物の精度を向上することが可能になる。
尚、第１乃至第６の実施形態は、２以上の実施形態を組み合わせて実施しても良い。
【符号の説明】
【００５５】
１：材料層、２：中間担持体、３：ステージ、４：押付板、６：張力付与手段、８：張力制御手段、１０：材料層形成手段、１４：形状計測手段、１５：調整手段、１６：調整量算出手段、１７：接触検知手段、１８：接触位置計測手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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