(57)【要約】【課題】積層の際の変形を抑え、立体物の品質及び精度を向上する。【解決手段】造形材料を積層することによって３次元の立体物を作製する造形装置であって、スライスデータに基づき造形材料で形成された材料層を担持する担持面を有する担持体と、前記担持面に担持された前記材料層が積層される積層面を有するステージと、前記積層面と前記担持面とを平行に保ちながら、前記積層面と前記担持面との距離を変更する平行維持手段と、前記平行維持手段を制御して、前記積層面と、前記材料層が担持された前記担持面とを平行に保ちながら、前記積層面と前記担持面との距離を小さくし、前記担持面上の前記材料層を、前記積層面又は前記積層面上の立体物に積層させる制御手段と、を有する。【選択図】図９
2018008393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形材料を積層することによって３次元の立体物を作製する造形装置であって、
スライスデータに基づき造形材料で形成された材料層を担持する担持面を有する担持体と、
前記担持面に担持された前記材料層が積層される積層面を有するステージと、
前記積層面と前記担持面とを平行に保ちながら、前記積層面と前記担持面との距離を変更する平行維持手段と、
前記平行維持手段を制御して、前記積層面と、前記材料層が担持された前記担持面とを平行に保ちながら、前記積層面と前記担持面との距離を小さくし、前記担持面上の前記材料層を、前記積層面又は前記積層面上の立体物に積層させる制御手段と、
を有することを特徴とする造形装置。
【請求項２】
前記平行維持手段は、前記積層面に対して前記担持面を平行にするために、前記担持体に当接する当接部を有し、
前記当接部は、前記積層面に直交する直交方向に投影したときに、前記積層面のうち前記材料層を積層可能な積層可能領域よりも外側に位置するように配設される
ことを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
前記当接部は、前記直交方向に投影したときに、前記積層可能領域を全周にわたって取り囲むように配設される
ことを特徴とする請求項２に記載の造形装置。
【請求項４】
前記当接部は、前記担持体に対して、３箇所以上で当接する
ことを特徴とする請求項２に記載の造形装置。
【請求項５】
積層の際に、前記担持面上の前記材料層を、前記積層面又は前記積層面上の立体物に加圧するための加圧板が、前記担持体を挟んで前記ステージと対向する位置に配設される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の造形装置。
【請求項６】
前記平行維持手段は、前記積層面に対して前記担持面を平行にするために、前記担持体に当接する当接部を有し、
前記当接部は、前記積層面に直交する直交方向に投影したときに、前記積層面のうち前記材料層を積層可能な積層可能領域よりも外側に位置するように配設され、
前記加圧板は、前記直交方向に投影したときに、前記積層可能領域を含む大きさを有し、積層の際には、前記担持体を介して前記当接部により支持される
ことを特徴とする請求項５に記載の造形装置。
【請求項７】
前記直交方向で前記担持体が位置する側とは反対側で前記加圧板を揺動可能に支持する支持部を有し、
前記直交方向に投影したときに、前記当接部が前記積層可能領域を全周にわたって取り囲み、前記当接部で取り囲まれた領域内に前記支持部が存在する
ことを特徴とする請求項６に記載の造形装置。
【請求項８】
前記直交方向で前記担持体が位置する側とは反対側で前記加圧板を揺動可能に支持する支持部を有し、
前記当接部は、前記担持体に対して、３箇所以上で当接し、
前記直交方向に投影したときに、前記３箇所以上の前記当接部を直線で結んでできる最大の仮想領域内に、前記支持部が存在する
ことを特徴とする請求項６に記載の造形装置。
【請求項９】
前記担持体は、無端状のベルトである
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項１０】
前記平行維持手段は、前記担持体に対して、前記積層面に直交する直交方向に、前記ステージを移動させるパンタグラフ式の昇降機構を含む
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項１１】
造形材料を積層することによって３次元の立体物を作製する造形装置による造形方法であって、
前記造形装置が、
スライスデータに基づき造形材料で形成された材料層を担持する担持面を有する担持体と、
前記担持面に担持された前記材料層が積層される積層面を有するステージと、
前記積層面と前記担持面とを平行に保ちながら、前記積層面と前記担持面との距離を変更する平行維持手段と、
を有し、
前記平行維持手段を挟んで、前記積層面と、前記材料層が担持された前記担持面とを平行にするステップと、
前記平行維持手段を制御して、前記積層面と、前記材料層が担持された前記担持面とを平行に保ちながら、前記積層面と前記担持面との距離を小さくし、前記担持面上の前記材料層を、前記積層面又は前記積層面上の立体物に積層させるステップと、
を含むことを特徴とする造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形装置及び造形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）、３次元プリンタ等と呼ばれる立体造形技術が注目を集めている（本明細書ではこれらの技術を総称してＡＭ技術と呼ぶ）。ＡＭ技術は、立体モデルの３次元形状データをスライスして複数のスライスデータを生成し、スライスデータに基づいて、造形材料をステージ上に順次積層して固着することで、三次元物体（立体物）を作製する技術である。
特許文献１には、担持体に形成された誘電体表面に電子写真方式で帯電性粉体のトナー像（材料層）を作成し、そのトナー像を温度制御板で加熱かつ加圧することによって、ステージ上に転写し、積層して立体物を造形する造形方式が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−５３８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術では、ステージ上の造形物に材料層を積層する際に、造形物に変形が生じてしまう懸念がある。
特許文献１の方法では、無端ベルトもしくは温度制御板と、ステージもしくはステージ上に積層済みの積層物間の平行関係を維持しつつ加圧することが困難である。これは無端ベルトが温度制御板の熱により、温度制御板に向かって、凸形状を取りやすいためである。また、ステージ上の造形物が温度制御板の中心から離れた位置に積層されている場合、加圧積層時の接触で温度制御板が傾き、平行関係を維持した積層を行うことが困難になる。さらに、独立して設けられた部材である温度制御板とステージ間の平行を維持しつつ温度制御板もしくはステージを移動させることは機械精度上非常に困難である。この平行状態を維持しつつ、積層時に、温度制御板もしくはステージを移動させようとした場合には、積層時に造形物の一部のみが加圧されることで、当該部分に過大な圧力が負荷され、造形物に変形を生じてしまう恐れがある。
【０００５】
本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、積層の際の変形を抑え、立体物の品質及び精度を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様は、
造形材料を積層することによって３次元の立体物を作製する造形装置であって、
スライスデータに基づき造形材料で形成された材料層を担持する担持面を有する担持体と、
前記担持面に担持された前記材料層が積層される積層面を有するステージと、
前記積層面と前記担持面とを平行に保ちながら、前記積層面と前記担持面との距離を変更する平行維持手段と、
前記平行維持手段を制御して、前記積層面と、前記材料層が担持された前記担持面とを平行に保ちながら、前記積層面と前記担持面との距離を小さくし、前記担持面上の前記材料層を、前記積層面又は前記積層面上の立体物に積層させる制御手段と、
を有することを特徴とする造形装置を提供する。
【０００７】
本発明の第２態様は、
造形材料を積層することによって３次元の立体物を作製する造形装置による造形方法であって、
前記造形装置が、
スライスデータに基づき造形材料で形成された材料層を担持する担持面を有する担持体と、
前記担持面に担持された前記材料層が積層される積層面を有するステージと、
前記積層面と前記担持面とを平行に保ちながら、前記積層面と前記担持面との距離を変更する平行維持手段と、
を有し、
前記平行維持手段を挟んで、前記積層面と、前記材料層が担持された前記担持面とを平行にするステップと、
前記平行維持手段を制御して、前記積層面と、前記材料層が担持された前記担持面とを平行に保ちながら、前記積層面と前記担持面との距離を小さくし、前記担持面上の前記材料層を、前記積層面又は前記積層面上の立体物に積層させるステップと、
を含むことを特徴とする造形方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、積層の際の変形を抑え、立体物の品質及び精度を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る造形装置の一実施形態を示す図
【図２】実施形態の温度制御板の構造について示す図
【図３】比較例１の積層手順について説明するための図
【図４】支持シャフトに対する傾きが変更可能な可変型の温度制御板を示す図
【図５】図４に示す温度制御板の動作について説明するための図
【図６】比較例２の積層手順について説明するための図
【図７】比較例２の課題について説明するための図
【図８】実施例１のステージ、平行維持部材、昇降機構について説明する図
【図９】実施例１の積層手順について説明するための図
【図１０】実施例２の積層手順について説明するための図
【図１１】実施例２において比較例２に対する優位性を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明を実施するための形態を図面を参照して例示的に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、その相対配置など、各種制御の手順、制御パラメータ、目標値などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
本発明は、積層造形技術（ＡＭ技術）、すなわち、造形材料を２次元に配置して層状に積層することによって３次元物体（立体物）を作製する技術を採用した造形装置に関する。
造形材料としては、作製する立体物の用途・機能・目的などに応じてさまざまな材料を選択することができる。本明細書では、造形目的の３次元物体を構成する材料を「構造材料」と呼び、構造材料で形成される部分を構造体と呼ぶ。作製途中の構造体を支持するためのサポート体（例えばオーバーハング部を下から支える柱）を構成する材料を「サポート材料」と呼ぶ。また両者を特に区別する必要がない場合には、単に「造形材料」という用語を用いる。構造材料としては、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＡＢＳ、ＰＳ（ポリスチレン）など、熱可塑性の樹脂を用いることができる。また
、サポート材料としては、構造体からの除去を簡単にするため、熱可塑性と水溶性を有する材料を好ましく用いることができる。サポート材料としては、例えば、糖質、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）などを例示できる。
【００１１】
また、本明細書では、造形目的とする立体モデルの３次元モデルデータを積層方向に沿って複数層にスライスして得られるデジタルデータを「スライスデータ」と呼ぶ。スライスデータは、必要に応じて、サポート材料のデータなどの情報を付加して生成される。スライスデータに基づき造形材料で形成される層を「材料層」と呼ぶ。この材料層は、１又は複数の画像形成部（像形成手段）で形成された像により構成されるものであり、各画像形成部で形成される像を「材料画像」と呼ぶ。「材料層」は換言すると、用いる造形材料の種類に応じて、１又は複数の材料画像を組み合わせて形成される粒子の層である。
また、造形装置を用いて作製しようとする立体モデル（つまり造形装置に与えられる３次元モデルデータが表す３次元物体）を「造形対象物」と呼ぶ。また、造形装置で作製された（出力された）３次元物体（立体物）を「造形物」と呼ぶ。造形物がサポート体を含む場合において、サポート体を除いた部分が造形対象物を構成する「構造体」となる。
【００１２】
［装置の全体構成］
図１は、本発明に係る造形装置の一実施形態を示す図である。
図１に示すように、造形装置１００は、造形部２００、制御部３００、パラメータ設定部４００、ユーザインターフェース５００を有する。
パラメータ設定部４００は、３次元モデルデータに基づいて、各層のスライスデータを生成する処理や、積層時の圧力設定値を算出する処理等を行う際に用いるパラメータを設定する機能を有する。
制御部３００は、パラメータ設定部４００で設定されたパラメータを元に、造形装置１００の各部を制御して造形動作を行う。
【００１３】
造形部２００は、造形材料供給ユニット１、感光ドラム３、第１搬送体４、中間転写体８、加熱ヒータ９、温度制御板１３、ステージ１４、第２搬送体（担持体）１５を有する。スライスデータに基づき、造形材料供給ユニット１に収容された造形材料２を用いて、後述のように電子写真プロセスにより形成された材料層１０が、第１搬送体４、中間転写体８、第２搬送体１５を介してステージ１４上（積層面上）で積層される。このようにして、ステージ１４上に造形物１１が造形される。図１では、４つの造形材料供給ユニット１を示し、各造形材料供給ユニット１には、造形材料２として、帯電性粉体からなる、構造材料２０又はサポート材料２１が収容されている。
また、本実施形態においては、ステージ１４の積層面１４ａに直交する直交方向（積層方向）を図１の上下方向（Ｚ軸方向）とし、図１の左右方向を水平方向として説明する。なお、ここでいう直交には、±１０°の範囲の誤差が含まれていてもよい。また、Ｚ軸に直交する面内に、互いに直交するＸ軸及びＹ軸をとって示す場合もある。また、本実施形態において、上下方向に投影する場合の投影面はステージ１４上面であるとよいが、仮想面であってもよい。
【００１４】
［造形動作の概要］
以下に、図１を用いて造形動作について説明する。
まず、電子写真プロセスにより、パラメータ設定部４００によって設定されたパラメータを用いて生成されたスライスデータに基づいて、構造材料２０又はサポート材料２１からなる材料画像が感光ドラム３上に形成される。
【００１５】
感光ドラム３上に形成された材料画像は、１次転写部５で第１搬送体４に転写される。第１搬送体４によって２次転写部６に送られた材料画像は、中間転写体８と第１搬送体４
との間に印加された電界により、中間転写体８上に転写される。中間転写体８の回転により３次転写部７に搬送された材料層１０は、２次転写部６と同様に印加電界によって第２搬送体１５に転写される。第２搬送体１５として、本実施形態では、無端状の金属ベルト上に絶縁コートを施したものを用いているが、これに限るものではなく、表面に絶縁コートを施した金属製の円筒ドラムを用いてもよい。その後、材料層１０は、第２搬送体１５の回転に伴い加熱部に移動し、加熱ヒータ９により加熱され融解されてシート状になり、積層部１２まで搬送される。ステージ１４と温度制御板１３は、第２搬送体１５を挟んで平行に配置されており、ともに上下方向に移動可能である。温度制御板１３には後述する圧力センサ１９が取り付けられており、温度制御板１３にかかる負荷を計測することができるように構成されている。
【００１６】
加熱され融解した状態の材料層１０が積層部１２に到達すると、ステージ１４の上昇と温度制御板１３の下降により、第２搬送体１５と、ステージ１４上の造形物１１との間に材料層１０が挟まれ加圧される。
この際、温度制御板１３に取り付けられた圧力センサ１９の検出値が、パラメータ設定部４００で算出した圧力設定値を超えた場合、材料層１０の加圧を停止する様にステージ１４の上昇及び/又は温度制御板１３の下降が制御される。
【００１７】
加圧された材料層１０に対し、温度制御板１３により第２搬送体１５を介して加熱することで、材料層１０を融解して、ステージ１４上の造形物１１の最上層部に接着させる。このように加熱及び加圧されることにより、材料層１０とステージ１４上の造形物１１とが溶融結着し、ステージ１４上の造形物１１に１層の材料層１０が加えられる。
その後、ステージ１４上の造形物１１の最上層部（溶融結着された材料層１０を含む造形物１１の部分）が冷却され、ステージ１４上の造形物１１と第２搬送体１５との間が剥離される。
このようにしてステージ１４上の造形物１１に各層の材料層１０が順次積層され、ステージ１４上に造形物１１が造形される。
【００１８】
次に、図２を用いて温度制御板１３の構造について詳述する。
温度制御板１３は、第２搬送体１５を挟んでステージ１４と対向する位置に配設されている。温度制御板１３は、第２搬送体１５の担持面１５ａ上（担持面上）の材料層１０を、第２搬送体１５を介して加熱するとともに、ステージ１４上の造形物１１との間で加圧することにより積層動作を行うものである。温度制御板１３は、例えば温度制御板１３内部に温水が流れることにより温度制御を行うものであるとよい。温度制御板１３を支持する支持シャフト１３１には圧力センサ１９が取り付けられており、加圧時には圧力検出による検出結果を用いて、温度制御板１３及び／又はステージ１４の上下方向の移動制御が行われる。
【００１９】
また、温度制御板１３、第２搬送体１５及びステージ１４は、図２では互いに平行に示されているが、実機においては、機械の設計公差等により、ｍｍオーダーの傾きをもって配置される場合がある。材料層１０の厚みは数μｍ〜数１０μｍであるから、温度制御板１３、第２搬送体１５及びステージ１４の間に傾きがあるまま加圧され積層が行われた場合、積層が不十分になることが懸念される。
よって、積層という観点から見た場合には、これら温度制御板１３、第２搬送体１５、ステージ１４相互間の平行を維持することは極めて重要である。
【００２０】
［比較例・実施例］
本実施形態の造形装置１００は、積層部１２において、次のような状態で、第２搬送体１５上の材料層１０が、ステージ１４又はステージ１４上の造形物１１に加圧され積層されるように構成されている。すなわち、ステージ１４の積層面１４ａと第２搬送体１５の
担持面１５ａとが平行を維持した状態で、第２搬送体１５上の材料層１０が、ステージ１４又はステージ１４上の造形物１１に加圧され積層されるように構成されている。
このような構成により、第２搬送体１５とステージ１４の間に傾きがあることで、積層時に、ステージ１４又はステージ１４上の造形物１１に対して、第２搬送体１５上の材料層１０の一部のみが接触してしまうことを低減することができる。したがって、第２搬送体１５上の材料層１０の一部や、ステージ１４上の造形物１１の一部に、強い圧力が負荷されることを未然に防ぐことができ、より安定的な積層を実現することができる。
以下の説明では、まず、従来の積層時に用いていた積層方法を比較例として説明する。その後、本実施形態を具体化した実施例について説明し、それぞれの実施例において比較例に対する比較優位性について説明する。なお、以下の比較例及び実施例において、上述した実施形態と同様の構成部分については、説明の便宜上、同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００２１】
［比較例１］
図３Ａ〜図３Ｄは、比較例１の積層手順について説明するための図である。
比較例１では、図３Ａに示すように、まず温度制御板１３が下降することで第２搬送体１５に押し当たり、第２搬送体１５と温度制御板１３が密着した状態になり、材料層１０が加熱される（図３Ｂ）。その後、ステージ１４が上昇するが、このとき、ステージ１４上の造形物１１の端部１１ａに、第２搬送体１５上の材料層１０が接触する（図３Ｃ）。端部１１ａの接触後、ステージ１４がさらに上昇すると、ステージ１４上の造形物１１が、第２搬送体１５上の材料層１０に向かってさらに押し込まれる。すると、最終的に、図３Ｄに示すような、ステージ１４の積層面１４ａ、第２搬送体１５の担持面１５ａ、温度制御板１３の押し当て面１３ａとが互いに平行になる平行状態となる。
【００２２】
比較例１の場合、図３Ｃに示す状態において、ステージ１４上の造形物１１が、端部１１ａのみで、第２搬送体１５上の材料層１０と接触するため、その接触部分には大きな接触圧力がかかり、ステージ１４上の造形物１１に変形が生ずることが懸念される。また、この図３Ｃに示す状態から、ステージ１４をさらに上昇させると、温度制御板１３が弾性変形を起こすことで、図３Ｄに示す平行状態とすることができる。しかし、温度制御板１３の傾きが変わったことで、温度制御板１３と支持シャフト１３１との間に応力が発生し、その応力が圧力センサ１９の値に影響してしまうことが懸念される。さらに、この応力がモーメントとして、ステージ１４上の造形物１１の表面に作用するため、ステージ１４上の造形物１１と第２搬送体１５上の材料層１０との間の接着面に、一様な圧力を印加することができないことが懸念される。
【００２３】
［比較例２］
図４は、支持シャフト１３１に対する傾きが変更可能な可変型の温度制御板１３について説明するための図である。
比較例２では、図４に示すように、回転ボールグリップ１３３を介して支持シャフト１３１に取り付けられることで、支持シャフト１３１に揺動可能に支持される温度制御板１３を用いている。支持シャフト１３１には、支持シャフト１３１とともに、温度制御板１３を支持するための支持板１３２が固定されており、図４の左右方向（Ｙ方向）において、支持板１３２の両端部は、温度制御板１３の両端部にバネ１８でそれぞれ連結されている。
このような構成により、温度制御板１３は、接触する被接触面の傾きに応じて自在にその傾きを変化させることができる。
【００２４】
図５Ａ〜図５Ｃは、図４に示す温度制御板１３の動作について説明するための図である。
ここでは、温度制御板１３を平板３０に当接させる場合について説明する。図５Ａでは
、バネ１８が自然長の状態にある温度制御板１３と、この温度制御板１３に対して傾斜し、かつ固定された状態にある平板３０を示している。図５Ａの状態から、温度制御板１３を平板３０に向かって移動させると、温度制御板１３と平板３０が接触点３１で接触する（図５Ｂ）。図５Ｂに示す状態から、温度制御板１３を平板３０に押し付けていくと、接触点３１を支点として、温度制御板１３が傾き、平板３０全面にわたって接触するまで温度制御板１３は回転ボールグリップ周りに回転することになる（図５Ｃ）。
【００２５】
図６Ａ〜図６Ｄは、比較例２の積層手順について説明するための図である。
図６Ａに示すように、比較例２においても、まず温度制御板１３が下降することで第２搬送体１５に押し当たり、第２搬送体１５と温度制御板１３が密着した状態になり、材料層１０が加熱される（図６Ｂ）。その後、ステージ１４が上昇するが、このとき、ステージ１４上の造形物１１の端部１１ａに、第２搬送体１５上の材料層１０が接触する（図６Ｃ）。端部１１ａの接触後、ステージ１４がさらに上昇すると、ステージ１４上の造形物１１が、第２搬送体１５上の材料層１０に向かってさらに押し込まれる。すると、最終的に、図６Ｄに示すような、ステージ１４の積層面１４ａ、ステージ１４上の造形物１１、第２搬送体１５、温度制御板１３の押し当て面１３ａとが互いに平行になる平行状態となる。
【００２６】
比較例２においては、比較例１と異なり、温度制御板１３は、その傾きを容易に変化させることができるように構成されている。そのため、図６Ｃに示す状態から図６Ｄに示す状態となる際、すなわち、温度制御板１３が傾きを変えながらステージ１４上の造形物１１上面の全面にわたって接触する際に、ステージ１４上の造形物１１に大きな圧力が印加されることはない。図６Ｄに示す状態になって、温度制御板１３とステージ１４上の造形物１１との平行が取れた状態になってから、更にステージ１４上の造形物１１を第２搬送体１５を介して温度制御板１３に押し込むことにより、初めて大きな圧力が印加されることになる。
よって比較例２では、ステージ１４上の造形物１１上面が全面にわたって均等な圧力を受けた状態で積層が行われることになり、比較例１のような、支持シャフト１３１に固定された温度制御板１３を用いる場合に比べ、より良好に積層を行うことができる。
【００２７】
しかし、比較例２では、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、支持シャフト１３１の軸心方向（上下方向）に投影したときに、支持シャフト１３１とステージ１４上の造形物１１が重ならない場合には、次のようなことが懸念される。図７Ａ〜図７Ｃは、比較例２の課題について説明するための図である。
図７Ａに示す積層前の状態からステージ１４が上昇すると、図７Ｂに示すように、温度制御板１３とステージ１４上の造形物１１が平行となる状態で一旦は接触する。しかし、さらにステージ１４が上昇すると、図７Ｃに示すように、温度制御板１３が回転ボールグリップ周りに回転して傾斜してしまい、結局、第２搬送体１５上の材料層１０と、ステージ１４上の造形物１１とが一箇所だけで接触することになってしまう。
さらに、このとき圧力センサ１９により検出される圧力は、ステージ１４上の造形物１１の上面全体に印加される圧力ではないため、圧力センサ１９で正確な圧力管理を行うことができないことが懸念される。
【００２８】
［実施例１］
以下に、実施例１について説明する。
本実施例の造形装置１００は、ステージ１４の積層面１４ａと、第２搬送体１５の材料層１０を担持する担持面１５ａとを平行に保ちながら、積層面１４ａと担持面１５ａとの距離を変更することができる平行維持部１０１を有することを特徴とする。平行維持部１０１は、平行維持部材１７と昇降機構１６とを有する。平行維持部材１７は第２搬送体１５の担持面１５ａに当接する当接部として機能する。また、昇降機構１６は、第２搬送体
１５に当接する平行維持部材１７に対して、積層面１４ａと担持面１５ａとを平行に保ちながら、ステージ１４を上下方向に移動させることができる機能を有する。
【００２９】
本実施例の平行維持部１０１について、以下に図を用いてより詳しく説明する。
図８Ａ〜図８Ｃは、本実施例で適用するステージ１４、平行維持部材１７、及び昇降機構１６について説明するための図であり、図８Ａは正面図、図８Ｂは側面図、図８Ｃは上面図を示している。
平行維持部材１７は、図８Ａ、図８Ｂに示すように、ステージ１４上に配置された昇降機構１６に支持されている。平行維持部材１７の上面１７ａは、ステージ１４の積層面１４ａと平行関係を維持した状態で取り付けられている。平行維持部材１７の上面１７ａは、ステージ１４上の造形物１１の最上面よりも上方に位置するか又は同じ高さに位置するように昇降機構１６を用いて制御される。
昇降機構１６は、平行維持部材１７とステージ１４の間の距離を、上下方向に自動で伸縮できる機能を持ち、平行維持部材１７に対するステージ１４の位置を昇降させることができる。
【００３０】
本実施例では、積層時に昇降動作を行う際には、第２搬送体１５に当接する平行維持部材１７側を固定状態とし、ステージ１４のみが昇降機構１６によって昇降する構成としている。このときの構成は特に限定されるものではないが、次のような構成を例示できる。例えば、ステージ１４を移動させる移動手段が設けられている場合には、この移動手段によるステージ１４の移動動作と、昇降機構１６による昇降動作を同期させることで、平行維持部材１７を固定状態として、ステージ１４のみを昇降させることができる。また、平行維持部材１７を移動させる移動手段が設けられ、ステージ１４が昇降機構１６を用いて平行維持部材１７に吊り下げられている構成であってよい。
昇降機構１６としては、このような機能を実現するものであれば特に限定されるものではないが、本実施例では、パンタグラフ式の昇降型Ｚステージを用い、制御部３００で昇降動作を制御している。パンタグラフ式のため、μｍオーダで平行維持部材１７の上面１７ａとステージ１４の積層面１４ａとの平行関係を維持したまま、Ｚ方向における両部材間の距離を伸縮することができる。
【００３１】
また、図８Ｃに示すように、平行維持部材１７は、ステージ１４上の造形物１１に対して、上下方向へ投影したときの投影領域が重ならないように配置されている。
ここで、平行維持部材１７は、上下方向へ投影したときの投影領域が、ステージ１４の積層面１４ａのうち材料層１０を積層可能な積層可能領域よりも外側に位置するように配設されるものであるとよい。本実施例では、平行維持部材１７は、その投影領域が、ステージ１４上の造形物１１を全周にわたって取り囲むように枠状に配設され、この枠状の部分で第２搬送体１５に当接する構成としているが、これに限るものではない。平行維持部材１７としては、ステージ１４に対して第２搬送体１５が平行状態を保てるものであればよく、一体化された部品でなくてもよく、また、第２搬送体１５に対して３箇所以上の部分で当接するものであってもよい。また、後述するように、平行維持部材１７は、第２搬送体１５を介して温度制御板１３も支持するため、温度制御板１３を支持することができるように、その数や位置が設定されるとよい。
この温度制御板１３と平行維持部材１７の位置関係については、上下方向へ投影したときに、温度制御板１３の投影領域が、平行維持部材１７の投影領域をすべて含むものであるとよい。このときの温度制御板１３の位置を、図８Ｃでは点線１３４で示している。しかしながら、温度制御板１３と平行維持部材１７の位置関係はこれに限るものではなく、温度制御板１３の投影領域が、平行維持部材１７の投影領域の一部を含まない形態であっても、平行維持部材１７は温度制御板１３を支持できる形態であればよい。例えば、図８Ｃに点線１３５で示す温度制御板１３のように、一方向に関して、温度制御板１３の投影領域が、平行維持部材１７の投影領域を跨ぐ形態であれば、温度制御板１３の投影領域が
、平行維持部材１７の投影領域の一部を含まなくてもよい。
【００３２】
なお、本実施例では、平行維持部材１７が、第２搬送体１５に当接する当接部として機能するものであるが、これに限るものではない。例えば、昇降機構１６の上部が、上下方向に移動する構成であれば、この上部を第２搬送体１５に当接する当接部として適用することができる。これにより、平行維持部材１７を別途設ける必要はなくなる。このような昇降機構として、例えば、回転することにより先端部分が上下動する軸部材や、当接部を直線移動可能とするガイド装置を用いるとよい。
また、昇降機構１６は、ステージ１４と平行維持部材１７との間に挟まれるように配置されている。このような構成により、昇降機構１６が駆動してステージ１４と平行維持部材１７との距離が変化しても、平行維持部材１７と昇降機構１６が、ステージ１４上の造形物１１に接触することが無い。
【００３３】
本実施例の積層手順を図９Ａ〜図９Ｆに示す。
本実施例では、温度制御板１３として、図２で説明した、支持シャフト１３１が固定された温度制御板１３を用いる。
まず、温度制御板１３をステージ１４に向かって下降させる（図９Ａ）。ステージ１４上の平行維持部材１７の上面１７ａは、積層開始時点では、ステージ１４上の造形物１１の上面より上方に配置するものとする。
次に、温度制御板１３を第２搬送体１５に接触させ、温度制御板１３をさらに押し下げることで、熱変形で撓んだ第２搬送体１５を張架させ、表面の凹凸を軽減させる（図９Ｂ）。このとき、第２搬送体１５上の材料層１０は、温度制御板１３で加熱され、シート化される。
【００３４】
次に、ステージ１４を、平行維持部材１７との間の距離を維持したまま、温度制御板１３に向かって上昇させる。すると、平行維持部材１７の端部が温度制御板１３と第２搬送体１５を介して接触する（図９Ｃ）。接触後さらに押し上げると、温度制御板１３は、支持シャフト１３１に対して弾性変形し、平行維持部材１７と平行に接触するようになる（図９Ｄ）。このとき、平行維持部材１７は、第２搬送体１５を介して温度制御板１３を支持している。これにより、ステージ１４に対する温度制御板１３の平行状態も実現される。この時点で一度圧力センサ１９の値を０にオフセットする。
次に、ステージ１４を平行維持部材１７に向かって移動させる（図９Ｅ）。このとき、平行維持部材１７の位置は固定されているものとする。すると、ステージ１４上の造形物１１の上面が第２搬送体１５上の材料層１０に接触し、加圧積層が行われることになる。加圧積層の際には、図９Ｄに示す状態のときにオフセットした圧力センサ１９の値に対する増分に基づいて、ステージ１４の上昇を制御して行う。
積層後、ステージ１４を平行維持部材１７に対して下降させ、ステージ１４上の造形物１１を第２搬送体１５から離脱させる（図９Ｆ）。
【００３５】
本実施例の積層方式は、比較例１の積層方式に対し、圧力印加及び圧力管理を正確にできる点に優位性がある。
本実施例では、ステージ１４の積層面１４ａと第２搬送体１５の担持面１５ａと温度制御板１３の押し当て面１３ａがすべて平行な状態（図９Ｄ）となってから、ステージ１４上の造形物１１が第２搬送体１５に接近することで積層が行われる（図９Ｅ）。
このように本実施例では、平行維持部材１７を設けたことで、図９Ｄに示す平行状態とした後で、ステージ１４上の造形物１１と第２搬送体１５上の材料層１０とを接触させて加圧積層を行うことができる。これにより、ステージ１４上の造形物１１と第２搬送体１５上の材料層１０との間の接触面に均一に圧力を印加しながら積層を行うことが可能となる。したがって、積層時に、ステージ１４上の造形物１１の接着面の一部に過大な圧力がかかることを防止することが可能となり、より精度の高い積層を実現できる。
さらに、図９Ｄに示す平行状態のときに圧力センサ１９の値をオフセットしている。そのため、図９Ｄの平行状態の後で加圧積層する際に検出される力には、温度制御板１３と第２搬送体１５を、平行維持部材１７に平行に押し当てるために加えた力は含まれず、平行状態での加圧積層時の圧力のみが圧力センサ１９で検出されることになる。
【００３６】
これに対して、平行維持部材１７が存在しない比較例１の場合には、図３Ｃから図３Ｄに至る、支持シャフト１３１に対する温度制御板１３の傾きが変化する過程で、ステージ１４上の造形物１１の端面に非常に大きな圧力が印加されてしまう。これにより、ステージ１４上の造形物１１自体に塑性変形を引き起こす恐れがある。さらに、図３Ｄにおいて計測した圧力センサ１９の値には、温度制御板１３の傾きが変化したことによる応力が含まれている。このため、ステージ１４上の造形物１１と第２搬送体１５上の材料層１０との間の接着面に均一に圧力を印加することができず、本実施例のように正確に圧力管理をすることはできない。
【００３７】
このように、本実施例によれば、ステージ１４の積層面１４ａと第２搬送体１５の担持面１５ａと温度制御板１３の押し当て面１３ａが平行を維持した状態で加圧積層を行うことができる。これにより、積層時にステージ１４上の造形物１１の一部にのみ材料層１０が接触して強い圧力が負荷されることを未然に防止できるので、ステージ１４上の造形物１１が変形してしまうことを抑え、極めて安定的な積層を実現することができる。したがって、造形物の品質及び精度を向上することが可能となる。
【００３８】
［実施例２］
以下に、実施例２について説明する。
本実施例においても、実施例１同様、図８で説明した平行維持部材１７を用いる。また、図４で説明した、回転ボールグリップ１３３を介して支持シャフト１３１に支持されている温度制御板１３を用いる。本実施例の積層手順を図１０Ａ〜図１０Ｆに示す。
まず、温度制御板１３をステージ１４に向かって下降させる（図１０Ａ）。ステージ１４上の平行維持部材１７の上面１７ａは、積層開始時点では、ステージ１４上の造形物１１の上面より上方に配置するものとする。
【００３９】
次に、温度制御板１３を第２搬送体１５に接触させ、温度制御板１３をさらに押し下げることで、熱変形で撓んだ第２搬送体１５を張架させ、表面の凹凸を軽減させる（図１０Ｂ）。このとき、第２搬送体１５上の材料層１０は、温度制御板１３で加熱され、シート化される。
次に、ステージ１４を、平行維持部材１７との間の距離を維持したまま、温度制御板１３に向かって上昇させる。すると、平行維持部材１７の端部が温度制御板１３と第２搬送体１５を介して接触する（図１０Ｃ）。接触後さらに押し上げると、温度制御板１３は、回転ボールグリップ１３３によって容易にその傾きを変化させ、平行維持部材１７と平行に接触するようになる（図１０Ｄ）。この時点で一度圧力センサ１９の値を０にオフセットする。
【００４０】
次に、ステージ１４を平行維持部材１７に向かって移動させる（図１０Ｅ）。このとき、平行維持部材１７の位置は固定されているものとする。すると、ステージ１４上の造形物１１の上面が第２搬送体１５上の材料層１０に接触し、加圧積層が行われることになる。
加圧積層の際には、図１０Ｄに示す状態のときにオフセットした圧力センサ１９の値に対する増分に基づいて、ステージ１４の上昇を制御して行う。
積層後、ステージ１４を平行維持部材１７に対して下降させ、ステージ１４上の造形物１１を第２搬送体１５から離脱させる（図１０Ｆ）。
【００４１】
本実施例の積層方式においても、比較例２の積層方式に対し、圧力印加及び圧力管理を正確にできる点で優位性がある。
本実施例では、実施例１と異なり、温度制御板１３が、回転ボールグリップ１３３によって容易に傾きを変化させ平行維持部材１７に平行な状態になることが可能である。これにより、図１０Ｃから図１０Ｄに至る、支持シャフト１３１に対する温度制御板１３の傾きが変化する過程で、ステージ１４上の造形物１１の端面に大きな圧力が印加されることはなく、圧力センサ１９に大きな力が加わることはない。そして、ステージ１４の積層面１４ａと温度制御板１３と第２搬送体１５がすべて平行な状態で積層を開始できるため、温度制御板１３の傾きによる不正確さを除いた状態で圧力を検出することができ、より正確な検出値を得ることができる。
【００４２】
また、温度制御板１３は、平行維持部材１７により、平行維持部材１７に平行な状態が保たれるので、この平行状態から支持シャフト１３１により押し込まれても温度制御板１３が傾いてしまうことはない。
したがって、図１１に示すような、上下方向に投影したときに、支持シャフト１３１とステージ１４上の造形物１１が重ならない場合であっても、支持シャフト１３１に押し込まれた温度制御板１３が傾いてしまうことはない。
このように本実施例では、平行維持部材１７が存在しない比較例２における図７のように、支持シャフト１３１に押し込まれた温度制御板１３が傾いてしまうことを防止することができる。
【００４３】
ここで、温度制御板１３を第２搬送体１５とは反対側で支持する支持部、すなわち、支持シャフト１３１、より詳しくは回転ボールグリップ１３３を上下方向へ投影したときの投影領域は、次のような領域内に存在するものであるとよい。すなわち、平行維持部材１７の投影領域内（図８Ｃ参照）に存在するものであるとよい。平行維持部材１７が上述のように、第２搬送体１５に対して３箇所以上の部分で当接する構成の場合には、３箇所以上の当接部分を直線で結んでできる最大の仮想領域内に存在するものであるとよい。
このような構成であれば、平行維持部材１７が温度制御板１３をより確実に支持することができるので、支持シャフト１３１により押し込まれることで温度制御板１３が傾いてしまうことを防止することができる。これにより、ステージ１４上の積層可能領域内の少なくとも一部の領域に、好適に材料層１０を積層することが可能となる。
【００４４】
また、積層手順としては、上述した実施例１，２で説明した手順に限るものではなく、次のような手順であってもよい。
例えば図９Ａに示す状態から、まず、ステージ１４が、平行維持部材１７との間の距離を維持したまま上昇する。すると、平行維持部材１７が第２搬送体１５と平行に接触するようになる。その後、温度制御板１３が下降することで、温度制御板１３が第２搬送体１５に接触する。接触後、さらに温度制御板１３が押し下げられることで、温度制御板１３が第２搬送体１５を介して平行維持部材１７に支持されるようになる。
このようにして、ステージ１４と第２搬送体１５と温度制御板１３が平行状態になる（図９Ｄ参照）。この後の手順は、実施例１、２と同様である。
【００４５】
また、温度制御板１３に関しては、第２搬送体１５上の材料層１０を、ステージ１４上の造形物１１との間で加圧することにより積層動作を行う加圧板として機能するものであればよく、温度制御機能を有するものでなくてもよい。また、温度制御板１３が、第２搬送体１５上の材料層１０を、第２搬送体１５を介して加熱する形態について説明したが、これに限るものではない。第２搬送体１５上の材料層１０の積層後に、ステージ１４上の造形物１１から第２搬送体１５が離れるときに、温度制御板１３が、第２搬送体１５に接触して第２搬送体１５を介してステージ１４上の造形物１１を冷却する形態であってもよい。
また、温度制御板１３を用いた形態について説明してきたが、温度制御板１３を備えていない形態、すなわち、第２搬送体１５上の材料層１０と、ステージ１４上の造形物１１との間で加圧積層が行われる形態であっても、本発明を好適に適用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１０…材料層、１４…ステージ、１４ａ…積層面、１５…第２搬送体、１５ａ…担持面、１６…昇降機構、１７…平行維持部材、１００…造形装置、１０１…平行維持部、３００…制御部
【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】
2018008393.tif 000008
【図７】
2018008393.tif 000009
【図８】
2018008393.tif 000010
【図９】
2018008393.tif 000011
【図１０】
2018008393.tif 000012
【図１１】
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