(57)【要約】【課題】ステージ荷重の作用方向の反転や、大きな荷重変動に対応でき、長いストローク範囲で連続的かつ安定的に荷重補償を実現し、ステージの静止位置決め精度を高める。【解決手段】造形ステージ（６１１）の搭載荷重に抗して、駆動装置が印加する駆動力を制御する。造形ステージ（６１１）の駆動力は、ピストンの両側に第１および第２の圧力室１０７、１０８を備えた動力シリンダ１０１により発生する。圧力室１０７、１０８にそれぞれ印加する流体圧を第１および第２の流体圧調整部１０３、１０４により制御する。動力シリンダ１０１に発生させる目標駆動力と、圧力室１０７および１０８の下限圧力値と、に基づき、目標駆動力を発生させるために圧力室１０７、１０８に印加する流体圧をそれぞれ演算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージに負荷される荷重に抗して、前記ステージに対して駆動装置が印加する駆動力を制御装置によって制御するステージ装置の制御方法において、
前記駆動装置は、ピストンの両側の第１および第２の圧力室にそれぞれ印加する流体圧により前記ピストンが発生する駆動力を制御する動力シリンダと、前記第１および第２の圧力室に印加する流体圧をそれぞれ調節する第１および第２の圧力弁と、を備え、
前記制御装置は、前記動力シリンダに発生させる目標駆動力と、前記第１および第２の圧力室の下限圧力値と、に基づき、前記目標駆動力を発生させる前記第１および第２の圧力室に印加する流体圧をそれぞれ演算し、その結果、得られた流体圧に基づき、前記第１および第２の圧力弁を制御する圧力制御を実行するステージ装置の制御方法。
【請求項２】
内圧が所定の圧力に制御されるチャンバの内部に配置された造形ステージに対して、前記チャンバの外部に配置された駆動装置が印加する駆動力を制御装置によって制御する造形装置の制御方法において、
前記駆動装置が、ピストンの両側の第１および第２の圧力室にそれぞれ印加する流体圧により前記ピストンが発生する駆動力を制御する動力シリンダと、前記第１および第２の圧力室に印加する流体圧をそれぞれ調節する第１および第２の圧力弁と、を備え、
前記制御装置は、前記造形ステージの搭載荷重と、前記チャンバの内圧と、に応じて前記動力シリンダに発生させる目標駆動力と、前記第１および第２の圧力室の下限圧力値と、に基づき、前記目標駆動力を発生させる前記第１および第２の圧力室に印加する流体圧をそれぞれ演算し、その結果、得られた流体圧に基づき、前記第１および第２の圧力弁を制御する造形装置の制御方法。
【請求項３】
請求項２に記載の造形装置の制御方法において、前記流体圧が空気圧であり、かつ、前記下限圧力値が大気圧より大きい空気圧である造形装置の制御方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の造形装置の制御方法において、前記制御装置が、前記動力シリンダに発生させる目標駆動力を用いて、前記第１および第２の圧力室にそれぞれ印加する流体圧を格納したテーブルメモリを参照し、前記目標駆動力を発生させる前記第１および第２の圧力室に印加する流体圧をテーブル演算によって求める造形装置の制御方法。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１項に記載の造形装置の制御方法において、前記駆動装置が、前記造形ステージの位置を決定するアクチュエータを含み、前記制御装置は、位置制御によって前記アクチュエータの駆動量を決定する造形装置の制御方法。
【請求項６】
請求項２から５のいずれか１項に記載の造形装置の制御方法において、前記駆動装置が、前記造形ステージの搭載荷重および前記チャンバの内圧に加えてさらに他の外力が働く制御区間において、前記目標駆動力を発生するため前記第１および第２の圧力室に印加する流体圧を補正し、前記外力を補償する造形装置の制御方法。
【請求項７】
請求項６に記載の造形装置の制御方法において、前記目標駆動力を発生させる前記第１および第２の圧力室に印加する流体圧を補正する補正量を、前記制御区間において予め予想される前記外力に基づき作成されたテーブルメモリを参照してテーブル演算によって求める造形装置の制御方法。
【請求項８】
請求項６に記載の造形装置の制御方法において、前記造形装置が、
前記チャンバの外部からエネルギービームを前記造形ステージの上部に敷設された材料粉末に照射し、前記材料粉末を固化させる照射装置と、
前記材料粉末を収容する供給ステージと、
前記供給ステージの上部の前記材料粉末を前記造形ステージの上部へ移動させて敷設、または、前記造形ステージの上部の前記材料粉末を加圧するローラと、を備え、
前記外力が、前記ローラが前記造形ステージの上部を通過する時の前記造形ステージの上部の前記材料粉末に対するローラの圧力であって、前記ローラの圧力に応じて前記外力が補償される造形装置の制御方法。
【請求項９】
請求項２から８のいずれか１項に記載の造形装置の制御方法における圧力制御を前記制御装置に実行させる制御プログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載の制御プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１１】
内圧が所定の圧力に制御されるチャンバの内部に配置された造形ステージに対して前記チャンバの外部に配置された駆動装置が印加する駆動力を制御装置によって制御する造形装置において、
前記駆動装置が、ピストンの両側の第１および第２の圧力室にそれぞれ印加する流体圧により前記ピストンが発生する駆動力を制御する動力シリンダと、前記第１および第２の圧力室に印加する流体圧をそれぞれ調節する第１および第２の圧力弁と、を備え、
前記制御装置は、前記造形ステージの搭載荷重と、前記チャンバの内圧と、に応じて前記動力シリンダに発生させる目標駆動力と、前記第１および第２の圧力室の下限圧力値と、に基づき、前記目標駆動力を発生させる前記第１および第２の圧力室に印加する流体圧をそれぞれ演算し、その結果、得られた流体圧に基づき、前記第１および第２の圧力弁を制御する造形装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の造形装置によって３次元造形物を製造する３次元造形物の製造方法において、
前記造形装置が、
前記造形ステージの上部に材料粉末を敷設するローラと、
前記チャンバの外部からエネルギービームを前記造形ステージの上部に敷設された材料粉末に照射し、前記材料粉末を固化させる照射装置を備え、
前記ローラによる前記材料粉末の敷設と、前記照射装置による前記材料粉末の固化を繰り返して３次元造形物を製造する３次元造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステージ装置の制御方法、造形装置の制御方法、造形装置、および３次元造形物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、付加製造（いわゆる３Ｄプリント）技術によって、３次元の物体の造形、製作が行われるようになってきた。現在では、液状の樹脂材料を用いる光造形方式、粉末の樹脂材料と接着剤を用いる粉末固着方式などの他、樹脂や金属の粉末材料の薄層を敷設し、エネルギービームを照射して固化を繰り返す熱溶解積層方式が付加製造の１つとして広く用いられている。
【０００３】
例えば（熱溶解）積層方式により物体を製作する場合、敷設し、固化する１層の厚みは数ミクロンから数十ミクロンであることが一般的である。このため付加製造装置において製作物を支持する基台としてのステージ（以下造形ステージと表記することがある）には、ミクロンオーダーの静止位置決め精度と、位置分解能が要求される。また、近年、付加製造技術により製作される物体は大型化してきている。このため付加製造装置の造形ステージには上記のようなオーダーの精度を、長いストローク範囲で実現することが要求される。
【０００４】
また、付加製造方式の中には高温の条件下で行われるものが多い。高温の条件においては材料が周囲の酸素と結合する酸化反応が起こり易く、製作した物体が所望の材料特性を示さない問題が生じることがある。そこで、物体の酸化を防止するために、物体周囲の環境を窒素やヘリウム等の活性の低いガスで置換したり真空状態に制御したりすることで、物体周囲の酸素濃度を低下させる方法が採用されることがある。ガス置換方法、真空方法ともに長所、短所があるため、付加製造装置の機構は双方の方法に対応できるのが望ましい。
【０００５】
また、積層方式により物体を製作する場合、造形ステージの周囲の雰囲気には材料の他様々な粒子が多数存在することになるのが一般的であり、これらが造形装置の動作に影響を及ぼす恐れがある。従って、付加製造装置では、造形ステージ近傍の雰囲気を制限下に置くために、造形ステージの周囲の限られた領域のみを気密性のあるチャンバ内に配置し、ステージの駆動源、ガイド等の装置の要素はなるべくチャンバ外に配置することがある。このような構成では、造形ステージにはチャンバ内外の圧力差や、積層が進むにつれてステージ上の搭載重量が増加することなどによって、大きな荷重変動が付加されることになる。このため造形用のチャンバを備えた付加製造装置の造形ステージは、上述の荷重の作用方向が反転することも含めた大きな荷重変動に対応した上で、上述の精度を長いストローク範囲で実現することが要求される。
【０００６】
高精度な位置決め性能が要求されるステージを駆動するサーボモータ等のアクチュエータには、定常的な負荷がかからないよう、アクチュエータとは別のステージ駆動力の発生手段をアクチュエータと力学的に並列に配置する構成がとられることがある。従来では、このような荷重補償方法として、カウンターウェイトを用いる方法、流体圧、磁力、や静電力を用いる方法（例えば下記の特許文献１）、動力シリンダを用いる方法等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１４０３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のカウンターウェイトを荷重補償に用いる構成では、補償する荷重値はウェイトの量で決定されるため、大きな荷重変動に対応するのが困難である場合がある。また、荷重補償に磁力を用いる構成では、磁極間に作用する磁力の大きさが磁極間の距離の２乗に反比例するため、長いストローク範囲で大きな荷重変動に対応可能な磁力を発生するのが困難である場合がある。
【０００９】
これに対して、流体圧を動力シリンダを荷重補償に用いる構成では、電気指令式の減圧弁および切り替え機構と組み合わせることにより、荷重の作用方向が反転することも含め、大きな荷重変動と長いストローク範囲に対応できる可能性がある。しかしながら、空気圧などを用いた動力シリンダの場合、シリンダに発生させるステージ駆動力が０となる近傍で動作が不安定になる傾向があり、ステージの荷重制御、位置制御などに影響を与える可能性がある。
【００１０】
本発明の課題は、上記問題に鑑み、ステージ荷重の作用方向の反転や、大きな荷重変動に対応でき、長いストローク範囲で連続的かつ安定的に荷重補償を実現し、ステージの静止位置決め精度を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明においては、ステージに負荷される荷重に抗して、前記ステージに対して駆動装置が印加する駆動力を制御装置によって制御するステージ装置の制御方法において、前記駆動装置は、ピストンの両側の第１および第２の圧力室にそれぞれ印加する流体圧により前記ピストンが発生する駆動力を制御する動力シリンダと、前記第１および第２の圧力室に印加する流体圧をそれぞれ調節する第１および第２の圧力弁と、を備え、前記制御装置は、前記動力シリンダに発生させる目標駆動力と、前記第１および第２の圧力室の下限圧力値と、に基づき、前記目標駆動力を発生させる前記第１および第２の圧力室に印加する流体圧をそれぞれ演算し、その結果、得られた流体圧に基づき、前記第１および第２の圧力弁を制御する圧力制御を実行する構成を採用した。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成によれば、ステージ荷重の作用方向の反転や、大きな荷重変動に対応でき、長いストローク範囲で連続的かつ安定的に荷重補償を実現し、ステージの静止位置決め精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るステージの駆動装置の要部を示した説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係るステージ駆動系の圧力制御を示したフローチャート図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態に係る動力シリンダの制御データを示した線図である。
【図４】本発明の実施形態に係る動力シリンダの制御の様子を示した線図である。
【図５】付加製造装置において、造形ステージを、荷重制御のための動力シリンダと、位置制御のためのアクチュエータと、によって制御する基本構成を示した説明図である。
【図６】本発明の実施形態に適用可能な駆動装置の異なる構成を示した説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係る、造形ステージおよび供給ステージを備えた付加製造装置の構成の一例を示した説明図である。
【図８】本発明の実施形態に係る動力シリンダによる荷重補償の制御を示した説明図である。
【図９】本発明の実施形態に係るチャンバ圧を考慮した荷重補償の制御を示した説明図である。
【図１０】本発明の実施形態において、材料の供給、敷設、加圧などのシーケンスによって生じる外力（外乱）を考慮した荷重補償の制御を示した説明図である。
【図１１】（ａ）〜（ｆ）は、図７の付加製造装置のローラによって、材料の供給、敷設ないし加圧を行う様子を示した説明図である。
【図１２】本発明の実施形態において、ステージ装置ないしはそれを含む付加製造装置の制御系の構成を示したブロック図である。
【図１３】図９ないし図１０のチャンバ圧や材料の供給、敷設、加圧などのシーケンスによって生じる外力（外乱）を考慮した荷重補償の制御を示したフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す構成はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。
【００１５】
まず、図５、図６を参照して付加製造装置における造形ステージ廻りの基本構成につき説明する。図５は、造形装置として、付加製造装置の構成、特に、造形ステージ廻りの構成を示している。図５の構成では、造形ステージ５１１を、荷重制御のための動力シリンダ１０１と、位置制御のためのアクチュエータ５１３と、によって制御する。
【００１６】
図５の付加製造装置は、製造する（３次元）造形物の変質、例えば酸化を防止するために、造形ステージ５１１の上部の空間がチャンバ５１０によって囲われた構成となっている。チャンバ５１０を配置することにより、例えばその内部の雰囲気の組成や、その内圧を所定の圧力に管理することができる。例えば、造形ステージ５１１の上部の環境を低活性ガスで置換したり、あるいは大気圧よりも高圧に加圧したり、逆に真空状態にするような圧力制御が可能となる。
【００１７】
図６は、動力シリンダ１０１の駆動系の構成を示している。図６において、１０９は圧縮流体を供給する流体源、１０３１は電気指令式減圧弁から成る流体圧調整部、１０３７は４方弁から成る切り替え機構、１０１は複動型の動力シリンダである。動力シリンダ１０１は、シリンダチューブ１０６中のピストン１０５の両側に第１、第２の圧力室１０７、１０８を有し、ピストン１０５に作用させる圧力媒体としての流体には例えば空気を用いる。ただし、圧力媒体には水や油などの液状物などを用いることも考えられる。
【００１８】
空気圧を利用する場合、流体源１０９は、例えばエアコンプレッサなどから構成され、動力シリンダ１０１が発生すべき駆動力に対して充分な上限圧力を発生できる品種が用いられる。制御装置１０２は、例えば造形ステージ５１１の搭載荷重に応じて演算した目標駆動力を動力シリンダ１０１に発生させるよう制御する。制御装置１０２は、演算した目標駆動力に応じて、流体圧調整部１０３１および切り替え機構１０３７を介して動力シリンダ１０１の２つの圧力室１０７、１０８に印加する流体（空気）圧を制御する。
【００１９】
この種の付加製造装置の造形ステージ５１１（図５）では、例えば後述の材料粉末の敷設などのタイミングにおいて、造形ステージ５１１を上下動させることがある。そのようなタイミングで、動力シリンダ１０１が発生すべき力の方向を反転させる際には、例えば切り替え機構１０３７を動作させ、流体の供給先を動力シリンダ１０１内の圧力室１０７、１０８間で切り替える。図６のような構成においても、後述の駆動力制御が可能であるが、４方弁による切り替え機構１０３７を用いる構成では、動力シリンダ１０１が発生する力がゼロとなる近傍で動作が不安定になる可能性がある。これは切り替え動作が頻発すること、切り替え機構および圧縮流体の配管系が持つ応答の遅れなどに起因するものである。
【００２０】
図５において、位置制御のためのアクチュエータ５１３は、例えば造形ステージ５１１を位置制御する駆動軸としてのボールねじと、駆動源としてのサーボモータ、あるいはさらに適当な変速比を有する駆動伝達系などから構成される。また、アクチュエータ５１３には、ステージの制御位置（位置の実際値）を検出するためのリニアエンコーダなど位置センサ（不図示）が含まれる。
【００２１】
動力シリンダ１０１のピストン１０５に結合された駆動軸、およびアクチュエータ５１３の駆動軸は、造形ステージ５１１に対して機械的に結合される。なお、同図では、動力シリンダ１０１と、アクチュエータ５１３は、横方向に並列に配置した図示となっているが、これは構成の理解を容易にするための便宜上のものである。例えば、動力シリンダ１０１およびアクチュエータ５１３の駆動軸は、同軸配置であってもよい。
【００２２】
制御装置１０２は、同じ条件を用いて、造形ステージ５１１上に搭載されている材料の重量（搭載荷重）を演算でき、その搭載荷重に応じて動力シリンダ１０１の目標駆動力を制御する。
【００２３】
また、図５において、チャンバ５１０は充分な気密性を有し、チャンバ５１０内の置換したガスが外気側へ漏れることや、大気中に存在する酸素がチャンバ内に流入することを防止することができる。造形ステージ５１１の上部には、材料、例えば金属や樹脂の粉末材料が供給、敷設され、これを不図示の照射装置から照射されたエネルギービームによって固化させる。
【００２４】
このような積層方式による付加製造では、材料供給、固化の動作を繰り返し、固化させた材料層の積層によって付加製造動作（３Ｄプリント）が行われ、これにより３次元造形物が製造される。このような付加製造方式では、積層が進むにつれて造形ステージ５１１は図５の下方に移動させる。また、積層の進行に伴ない、造形ステージ５１１上の材料および造形物の質量、即ち搭載荷重は増加していく。
【００２５】
制御装置１０２が行う、造形ステージ５１１を駆動する動力シリンダ１０１の駆動力の制御は、基本的には荷重補償、即ち造形ステージ５１１の搭載荷重に見合った駆動力を動力シリンダ１０１に発生させることにある。これにより、結果として、アクチュエータ５１３の駆動源（サーボモータなど）は、ステージの現在位置を保持するのに必要な駆動力のみを発生させるよう駆動制御される。
【００２６】
また、図５において、造形ステージ５１１は、チャンバ５１０内の下部構造５００ｃに設けられた開口部５００ａ中を上下動できるよう、例えば可撓性密封要素５１２によって支持されている。可撓性密封要素５１２は、造形ステージ５１１が図５の上下方向に移動するために必要な可撓性を備え、しかも変形やチャンバ５１０の内側と外側との圧力差に起因する力の付加に耐えうる強度を併せ持った部材である必要がある。このような特性を有する可撓性密封要素５１２の部材としては、例えば金属ベローズを用いることが考えられる。
【００２７】
可撓性密封要素５１２は必要な強度を確保するため、ある程度の剛性をもったものとなるのが通常であり、この剛性の存在により、造形ステージ５１１が可撓性密封要素５１２から受ける力は造形ステージ５１１の位置により異なったものとなる。また、チャンバ５１０の内側と外側との間に圧力差がある場合、造形ステージ５１１の可撓性密封要素５１２に囲まれた部分の面積と圧力差との積に相当する力が造形ステージ５１１に付加されることになる。５１３は造形ステージ５１１を駆動するアクチュエータであり、ステージの位置決め精度を確保するため、応答性および分解能の高い例えばサーボモータと、例えばボールねじのような高精度なガイド機構とを組み合わせて用いるのが一般的である。
【００２８】
図５において、破線で囲まれた部分（Ａ）が動力シリンダ１０１により構成された荷重補償機構部に相当する。造形ステージ５１１に定常的に作用する搭載荷重および他の外力から成る荷重分を補償し、アクチュエータ５１３の消費エネルギーを抑制する。また、このような構成により、アクチュエータ５１３が大きな力を出し続けることに起因する位置決め性能の低下を回避することができる。
【００２９】
前述のように、積層方式による付加製造においては、造形ステージ５１１に対して、他の外力、例えばチャンバ５１０の内圧、金属ベローズから成る可撓性密封要素５１２の抵抗力（バネ力）などが働き、その大きさも時々刻々変化する可能性がある。このため、動力シリンダ１０１から成る荷重補償機構（Ａ）が発生すべき駆動力も造形ステージ５１１の荷重値に応じて変化させるのが望ましい。この目的で、制御装置は、動力シリンダ１０１に発生させるべき駆動力の目標値に基づき、動力シリンダ１０１に印加する流体圧力を介して制御する。
【００３０】
ここで、図１に、造形ステージ５１１の荷重補償機構部を構成する動力シリンダ１０１と、その制御系のより好ましい構成を示す。また、図７に本実施形態の付加製造装置のより具体的な構造を詳細に示す。
【００３１】
図７の付加製造装置は、上記の造形ステージ５１１と同様の造形ステージ６１１を備えている。造形ステージ６１１の荷重制御と位置制御は、動力シリンダ６０１と、アクチュエータ６１３によって行われる。動力シリンダ６０１は、図１の動力シリンダ１０１に相当する。アクチュエータ６１３は、例えば図５のアクチュエータ５１３と同等の位置制御手段である。
【００３２】
さらに、図７の付加製造装置は、造形ステージ６１１に材料を供給する供給ステージ６１５を備えている。供給ステージ６１５の荷重制御と位置制御は、動力シリンダ６１９と、アクチュエータ６１８によって行われる。造形ステージ６１１の場合と同様に、動力シリンダ６１９は、図１の動力シリンダ１０１に相当する。また、アクチュエータ６１８は、例えば図５のアクチュエータ５１３と同等の位置制御手段である。
【００３３】
造形ステージ６１１および供給ステージ６１５は、上述同様の気密性を有するチャンバ６１０内で上下動するよう支持される。即ち、造形ステージ６１１および供給ステージ６１５は、それぞれチャンバ６１０の下部構造６００ｃに設けられた開口部６００ｂ、６００ａ内に、例えば金属ベローズから成る可撓性密封要素５１２、５１２によって支持される。なお、造形ステージ６１１、供給ステージ６１５の各々の可撓性密封要素５１２、５１２は、ここでは便宜上、同一の参照符号を用いている。しかしながら、これら２つの可撓性密封要素５１２、５１２は、各々の想定荷重範囲やその他の駆動条件に応じて、形状、特性が異なる可撓性密封要素であって構わない。
【００３４】
チャンバ６１０内の雰囲気としては、付加製造装置の仕様に応じて、不活性ガスなどが用いられる。また、その内圧は、付加製造装置の仕様に応じて、大気圧より大きな高圧状態、真空（あるいはそれに近い）状態に制御することができる。このため、図７では不図示であるが、チャンバ６１０内に封入する不活性ガスなどの気体源と、必要なチャンバ内圧を得るための加減圧装置などが配置される。また、チャンバ６１０内部の適当な位置に、チャンバ６１０の内圧を測定する圧力センサ８２０が配置される。圧力センサ８２０を介して、後述の制御装置１０２はチャンバ６１０の内圧を検出する。
【００３５】
また、造形ステージ６１１の上部の材料６１６２にエネルギービーム６１１３を照射し、固化させるための照射装置８２１が配置される。照射装置８２１は、例えばレーザ光源などであり、好ましくはチャンバ６１０の外部に配置し、エネルギービーム６１１３（レーザ光）はチャンバ６１０に設けた照射窓を介して照射する。
【００３６】
供給ステージ６１５は、あらかじめ下方に移動した状態で、適当な量の材料６１６１を搭載、収容する。材料６１６１は、例えば金属や樹脂の粉末材料であって、造形する１層分に相当する量、供給ステージ６１５を上昇させ、ローラ６１７（およびスキージ６１７ａ：図１１（ａ））によって造形ステージ６１１の上部に移動、敷設する。そして、造形ステージ６１１の上部の６１６２に照射装置８２１のエネルギービーム６１１３を照射し、固化させて、３次元造形物を造形する。
【００３７】
照射装置８２１は、固化させる１層分の形状に応じて照射するエネルギービーム６１１３（例えばレーザ光）を偏向させるためのガルバノミラーなどを用いた偏向手段や、コリメータなどを含む。また、付加製造装置には、ローラ６１７（およびスキージ６１７ａ：図１１（ａ））を下記のように動作させるための駆動系（不図示）が配置されているものとする。
【００３８】
図１１（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態において、材料６１６１を造形ステージ６１１に供給し、エネルギービーム６１１３（例えばレーザ光）照射して固化させるまでの付加製造装置の造形シーケンスを順に示している。
【００３９】
まず、図１１（ａ）のように供給ステージ６１５を上昇させ、開口部６００ａの上部に材料６１６１を露出させる。また、材料６１６２として新たに供給する供給量に見合った空間を確保するため、造形ステージ６１１を下降させる。これらのステージの上下動の大きさは、造形する１層分の厚みにほぼ相当し、実際には数ミクロンから数十ミクロンの上昇ないし下降量であるが、図１１では理解を容易にするため、誇張した図示となっている。
【００４０】
続いて、図１１（ｂ）、（ｃ）のようにローラ６１７およびスキージ６１７ａを造形ステージ６１１に向かって移動させることによって材料（６１６３）を造形ステージ６１１上の空間に移動し、敷設する。造形ステージ６１１に敷設するために移動させる材料（６１６３）の量は多少の余裕を見て多めに取られている。なお、図１１では、余った材料（６１６４）がチャンバ６１０の下部構造６００ｃに残っているように図示してあるが、ローラ６１７およびスキージ６１７ａを用いて不図示の回収経路に移動させる動作を行ってもよい。その場合、例えば、余った材料（６１６４）を、ローラ６１７およびスキージ６１７ａをさらに図中右方に移動させて、図中右方のチャンバ６１０の下部構造６００ｃに配置した不図示の回収経路に移動させる。
【００４１】
次に、図１１（ｄ）に示すように造形ステージ６１１を適宜、上昇させる。このステージ上昇は、ローラ６１７により材料６１６２を加圧して押し固め、造形に適した密度を得るために行うもので、その上昇量は、実際の材料を用いて予め行った実験や測定などによって定められる。造形ステージ６１１を上昇させた後、図１１（ｄ）〜（ｅ）に示すようにローラ６１７およびスキージ６１７ａを図中左方に復動させ、造形ステージ６１１上を通過させ、ローラ６１７により造形ステージ６１１上の材料６１６２を加圧する。
【００４２】
その後、照射装置８２１（図７）によってエネルギービーム６１１３を造形ステージ６１１上の材料６１６２の上層に照射する。エネルギービーム６１１３の照射パターンは、造形物の当該の層構造に応じて制御装置１０２（例えば図１）によって決定される。なお、このエネルギービーム６１１３の照射時には、材料６１６２からヒューム６３０が発生することがある。ヒューム６３０は、気化あるいは飛散した材料６１６２の粒子を含み、ヒューム６３０がチャンバ６１０内に滞留すると、エネルギービーム６１１３の照射特性に影響する可能性がある。このため、付加製造装置には、チャンバ６１０内からヒューム６３０を回収する手段、例えばそのための回収経路と吸引機構などを配置することができる。
【００４３】
なお、図１１では、材料の供給、敷設、加圧などをローラ６１７およびスキージ６１７ａによって行う例を示したが、スキージのみ、あるいはローラのみを用いるなど、他の構成によって材料の供給、敷設、加圧などを行うようにしてもよい。
【００４４】
図１は、本実施形態において、造形ステージ６１１および供給ステージ６１５のステージ荷重の補償を実現する制御系の構成を示している。図１の動力シリンダ１０１は、図７の造形ステージ６１１および供給ステージ６１５の荷重補償機構部を構成する動力シリンダ６０１、６１９に相当する。
【００４５】
本実施形態の動力シリンダ１０１は、シリンダチューブ１０６内に配置されたピストン１０５の両側の第１および第２の圧力室１０７、１０８にそれぞれ印加する複動型の構成である。この動力シリンダ１０１が発生する駆動力により付加製造装置内で動作するステージ（６１１、６１５）に負荷される荷重（材料の搭載荷重＋その他の外力）を補償するためのものである。
【００４６】
図１のような構成では、圧力室１０７（圧力室１）内の圧力が圧力室１０８（圧力室２）内の圧力よりも高い場合には、動力シリンダ１０１は図中の下向き矢印の方向に駆動力を発生する。また、逆に圧力室１０８（圧力室２）内の圧力が圧力室１０７（圧力室１）内の圧力よりも高い場合には、動力シリンダ１０１は本図中の上向き矢印の方向に駆動力を発生する。動力シリンダ１０１が発生する駆動力の大きさは、圧力室１０７内の圧力にピストン１０５の圧力室１０７側の受圧面積を乗じたものと、圧力室１０８内の圧力にピストン１０５の圧力室１０８側の受圧面積を乗じたものとの差で決定される。
【００４７】
流体源１０９は、動力シリンダ１０１を動作させるための圧縮流体を供給する。この圧縮流体は、例えばゲージ圧（大気圧との差圧）が＋（正）に制御された圧縮空気であり、その場合、流体源１０９は例えばエアコンプレッサなどから構成することができる。また、圧縮流体が油などである場合（油圧式）には、流体源１０９はポンプなどから構成される。流体源１０９の供給可能な上限圧力は、動力シリンダ１０１が発生すべき力に対して充分な値が確保されているものとする。
【００４８】
なお、詳細不図示であるが、流体源１０９と動力シリンダ１０１との間に変換器を介して流体源１０９から供給される流体と、実際に動力シリンダ１０１を動作させる流体が異なるような構成であっても、本実施形態は実施可能である。
【００４９】
流体源１０９を出た圧縮流体は、途中で２方向に分岐し、それぞれ流体圧調整部１０３および１０４を介して圧力室１０７および圧力室１０８に供給される。本実施例においては、流体圧調整部１０３および１０４は例えば電気指令式の圧力弁、例えば電気指令式減圧弁とする。このような電気指令式減圧弁を用いることにより、各圧力室に印加する流体圧の調整分解能を精細にできる。このため、連続的かつ精密な荷重補償を実現することができる。これら流体圧調整部１０３、１０４は、第１、第２の圧力室（１０７、１０８）に印加する流体圧をそれぞれ調節する第１および第２の圧力弁を構成する。なお、流体圧調整部１０３および１０４には、それぞれの経路で圧力室１０７および圧力室１０８に供給される流体圧を検出する圧力センサ（圧力ゲージ）が設けられる。
【００５０】
制御装置１０２は、ステージ（６１１、６１９）の荷重制御を行うため、流体圧調整部１０３および１０４が動力シリンダ１０１（６０１、６１９）の圧力室１０７および圧力室１０８に対して出力すべき圧力値を決定する。また、制御装置１０２は、図７の付加製造装置全体の制御装置を兼ねていて良い。
【００５１】
ここで、制御装置１０２の具体的なハードウェア構成例を、図１２に示す。図１２の制御装置１０２は、主制御手段としてのＣＰＵ１６０１、記憶装置としてのＲＯＭ１６０２、およびＲＡＭ１６０３を備える。ＲＯＭ１６０２には、後述する制御手順を実現するためのＣＰＵ１６０１の制御プログラムや定数情報などを格納しておくことができる。また、ＲＡＭ１６０３は、後述する制御手順を実行する時にＣＰＵ１６０１のワークエリアなどとして使用される。
【００５２】
なお、後述の制御手順を実現するためのＣＰＵ１６０１の制御プログラムは、不図示のＨＤＤやＳＳＤなどの外部記憶装置、ＲＯＭ１６０２の（例えばＥＥＰＲＯＭ領域）のような記憶部に格納しておくこともできる。その場合、後述の制御手順を実現するためのＣＰＵ１６０１の制御プログラムは、ネットワークインターフェース１６０６を介して、上記の各記憶部に供給し、また新しい（別の）プログラムに更新することができる。あるいは、後述の制御手順を実現するためのＣＰＵ１６０１の制御プログラムは、各種の磁気ディスクや光ディスク、フラッシュメモリなどの記憶手段と、そのためのドライブ装置を経由して、上記の各記憶部に供給し、またその内容を更新することができる。上述の制御手順を実現するためのＣＰＵ１６０１の制御プログラムを格納した状態における各種の記憶手段ないし記憶部は、本発明の制御手順を格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を構成することになる。
【００５３】
付加製造装置（図７）においては、図１２の制御装置１０２は、例えば付加製造装置全体の製造動作を制御するとともに、後述のようにステージ（後述の６１１、６１５）の荷重制御を行うことができる。図１２では、動力シリンダ１０１（後述の６０１、６１９）を制御する流体圧調整部１０３および１０４、アクチュエータ６１３、６１８やローラ６１７、照射装置８２１の駆動制御を行うドライバ回路（Ｄ）は、駆動部１６１１の１ブロックで示してある。また、流体圧調整部１０３および１０４の圧力センサ、チャンバ６１０の内圧を測定する圧力センサ８２０などの検出回路（Ｓ）は、検出部１６１２の１ブロックで示してある。
【００５４】
また、図１２では、必ずしも必須の構成ではないが、インターフェース１６０５を介してＵＩ装置１６０７（ユーザーインターフェース装置）がＣＰＵ１６０１に接続されている。ＵＩ装置１６０７は、ハンディターミナルのような端末、あるいはキーボード、ディスプレイ、ポインティングデバイスなどのデバイス（あるいはそれらを備えた制御端末）によって構成することができる。ＵＩ装置１６０７は、付加製造装置（図７）の設定変更などのために利用することができる。
【００５５】
また、ＣＰＵ１６０１には、通信手段としてネットワークインターフェース１６０６が接続されている。このネットワークインターフェース１６０６を介して、ＣＰＵ１６０１は生産制御に必要な各種の制御信号を送受信することができる。その場合、ネットワークインターフェース１６０６は、例えばＩＥＥＥ  ８０２．３のような有線通信、ＩＥＥＥ  ８０２．１１、８０２．１５のような無線通信による通信規格で構成することが考えられる。ネットワークインターフェース１６０６は、付加製造装置（図７）が配置された生産ラインの生産管理を行うＰＬＣのような統轄制御装置や、管理サーバなどとの間の通信に用いることができる。あるいは、ネットワークインターフェース１６０６は、生産ラインに、他の生産（製造）装置が配置される場合、それらの生産（製造）装置との間の通信に用いることができる。
【００５６】
図２は、図１の動力シリンダ１０１（６０１、６１９）の荷重（補償）制御において、制御装置１０２が、動力シリンダの駆動力を決定する制御手順を示している。図２の制御手順は、図１２のような構成においては、例えばＣＰＵ１６０１の制御プログラムとしてＲＯＭ１６０２などに格納しておくことができる（後述の制御手順についても同様）。
【００５７】
図２の制御において、必要な入力情報は、動力シリンダ１０１が発生するべき所望荷重値（Ｓ２０１）と、第１、第２の圧力室１０７、１０８の下限圧力値としての設定下限圧（Ｓ２０３）である。所望荷重値（Ｓ２０１）は、動力シリンダ１０１が発生するべき力の方向を考慮して正の値から負の値まで時々刻々変化し得る値である。
【００５８】
一方、設定下限圧（Ｓ２０３）とは、本実施形態においては、大気圧よりも大きい範囲で予め定められた固定値であるものとする。本実施形態において、この設定下限圧を設定することにより、図１の動力シリンダ１０１の第１、第２の圧力室１０７、１０８（圧力室１および圧力室２）は、常にこの設定下限圧以上の圧力が維持されるよう制御される。
【００５９】
複動型の動力シリンダで、圧力室の一方を大気圧に開放する手法によると、大気圧開放状態から大気圧より高い圧力に加圧した状態にする際に、図６で述べたように切り替え機構１０３７や配管系自体が持つ応答遅れ等の影響により不安定化し易い。
【００６０】
これに対して、本実施形態のように動力シリンダ１０１の第１、第２の圧力室１０７、１０８（圧力室１および圧力室２）は常に大気圧よりも大きい設定下限圧以上の圧力に維持される。このため、応答遅れの影響を低減することができ、これにより安定した荷重補償を実現できる可能性がある。
【００６１】
前述の通り、動力シリンダ１０１が発生するべき所望荷重（駆動力）は、第１、第２の圧力室１０７、１０８（圧力室１および圧力室２）の圧力の差で決定される。従って、所望荷重値が判明していれば、制御装置１０２は、一意的に圧力室１と圧力室２との必要差圧を求めることができる。動力シリンダ１０１の所望荷重値（Ｓ２０１）と、第１、第２の圧力室１０７、１０８の下限圧力値としての設定下限圧（Ｓ２０３）を用いて、各圧力室に供給すべき圧力値を一意的に決定（Ｓ２０４）できる。
【００６２】
例えば、動力シリンダ１０１に図１中の上向きに力を発生させる場合は、圧力室１０７を設定下限圧（Ｓ２０３）とし、圧力室１０８の供給圧を、設定下限圧（Ｓ２０３）に対して所望荷重値（Ｓ２０１）から求めた必要差圧値を加えた圧力とする。逆に動力シリンダ１０１に図１中の下向きに力を発生させる場合は、圧力室１０８を設定下限圧（Ｓ２０３）とし、圧力室１０７の供給圧を、設定下限圧（Ｓ２０３）に所望荷重値（Ｓ２０１）から求めた必要差圧値を加えた圧力とする。
【００６３】
図３（ａ）、（ｂ）に、上述の所望荷重値（Ｓ２０１）に対する圧力室１０７、１０８の設定圧（ゲージ圧：大気圧との差圧）との関係を示す。同図において太い実線（１０７Ｐ）は第１の圧力室１０７の設定圧（ゲージ圧）を、また、太い破線（１０８Ｐ）は第２の圧力室１０８の設定圧（ゲージ圧）を示す。同図において横軸は上記の所望荷重値（Ｓ２０１）に相当する。
【００６４】
同図では、所望荷重値（Ｓ２０１）が正の場合が動力シリンダ１０１が図１の上向き矢印の方向に力を発生する動作に相当し、所望荷重値（Ｓ２０１）が負の場合が動力シリンダ１０１が図１の下向き矢印の方向に力を発生する動作に相当するものとする。また、同図の縦軸は圧力室１０７ないし１０８に設定される圧力（ゲージ圧）値の尺度に相当する。圧力室１０７もしくは圧力室１０８に供給される流体（空気）は、大気圧よりも圧縮された流体を想定しており、両者は常に正の値となる。
【００６５】
また、同図中の細い破線は、設定下限圧値（Ｓ２０３：ゲージ圧）に相当する。この設定下限圧値（Ｓ２０３：ゲージ圧）は大気圧よりも大きい範囲で予め定められた固定値であるため、図示のようにゼロよりも大きい点を通り横軸に平行な線となっている。
【００６６】
ここで、図３（ｂ）において、一例として、動力シリンダ１０１が発生するべき所望荷重値（Ｓ２０１）がＷの場合を考える。その場合、図３（ｂ）の横軸上に荷重値Ｗの点をプロットする。次にこの点を通り、縦軸と平行な直線を引き、この直線と圧力室１０７の設定圧（ゲージ圧）を表す線（すなわち太い実線）および圧力室１０８の設定圧（ゲージ圧）を表す線（すなわち太い破線）との交点の縦軸座標値を各々、Ｐ１、Ｐ２とする。
【００６７】
このＰ１およびＰ２の値がそれぞれ圧力室１０７および圧力室１０８に供給すべき圧力値（ゲージ圧）に相当する。図３（ｂ）から明らかなように、横軸上の任意の荷重値（Ｗ）において、前述の手法により圧力室１０７および圧力室１０８に供給すべき圧力値Ｐ１（ゲージ圧）およびＰ２（ゲージ圧）を一意的に求めることができる。
【００６８】
以上のように動力シリンダ１０１が発生するべき所望荷重値（Ｓ２０１）が決定されれば、圧力室１０７と圧力室１０８に供給すべき圧力値（ゲージ圧）を一意的に演算できる。このような圧力値（ゲージ圧）の演算は、例えば、制御装置１０２のＣＰＵ１６０１が図３の各直線の傾きを用いた方程式の演算を行うことにより可能である他、テーブル演算によっても行うことができる。例えば、所望荷重値（Ｓ２０１）Ｗに相当する圧力値Ｐ１、Ｐ２の組合せをＲＯＭ１６０２などに確保したメモリテーブルに格納しておく。そして、このメモリテーブルを所望荷重値（Ｓ２０１）Ｗを用いて参照することにより、テーブル参照に用いた所望荷重値（Ｓ２０１）Ｗに相当する圧力値Ｐ１、Ｐ２の組合せを読出すことができる。
【００６９】
以上のようにして、簡単で処理負荷の小さい演算によって、制御装置１０２は、所望荷重値（Ｓ２０１）に基づき、圧力室１０７および圧力室１０８に供給すべき圧力値（ゲージ圧）を決定することができる。このため、制御装置１０２を実現する電装部品を変更することなく、荷重補償処理の更なる高速化や高分解能化が可能となる。あるいは、逆に制御装置１０２の荷重補償処理能力を低下させることなく、制御装置１０２を実現する電装部品の廉価化を狙うことができる。
【００７０】
図４は、設定圧（ゲージ圧）を縦軸に、横軸を時間軸（ｔ）にとって、動力シリンダ１０１に発生させる駆動力、即ち所望荷重値（Ｌ）が時間の経過とともに変化する時の制御の様子を示している。図４では、最上段のグラフが所望荷重値（Ｌ）の経時変化の状態を示し、中段および最下段のグラフが各々圧力室１０７および圧力室１０８の設定圧（ゲージ圧）の経時変化の状態を示している。図４において、横軸は全グラフとも時間軸（ｔ）に取られており、横軸の左から右に向かって時間が経過するものとする。
【００７１】
図４の最上段に示すように、この制御例では、動力シリンダ１０１に発生させる駆動力、即ち所望荷重値（Ｌ：ゲージ圧）は、時間の経過とともに負（−）から正（＋）の領域に入るよう、例えば直線的に変化させている。ここで、所望荷重値（Ｌ）が正の場合が動力シリンダ１０１が図１の上向き矢印の方向に力を発生する場合、所望荷重値（Ｌ）が負の場合が動力シリンダ１０１が図１の下向き矢印の方向に力を発生する場合に相当する。中段および最下段の圧力室１０７および圧力室１０８の設定圧（ゲージ圧）のグラフにおいて、図中の破線は設定下限圧値（Ｓ２０３：ゲージ圧）に相当する。
【００７２】
図４のｔ＝０の時点では所望荷重値は負（−）であり、この時の圧力室１０７内の圧力は設定下限圧よりも大きい値、圧力室１０８内の圧力は設定下限圧に制御されている。この状態では、圧力室１０７内の圧力が圧力室１０８内の圧力よりも高く、動力シリンダ１０１は図１中の下向き矢印の方向に力を発生する。動力シリンダ１０１が発生する力の大きさは、上記のように圧力室１０７内の圧力にピストン１０５の圧力室１０７側の受圧面積を乗じたものと、圧力室１０８内の圧力にピストン１０５の圧力室１０８側の受圧面積を乗じたものとの差により決定される。
【００７３】
また、図４の０＜ｔ＜ｔ１の時間領域においては、圧力室１０８内の圧力は設定下限圧で一定で、圧力室１０７内の圧力は設定下限圧よりも大きい値の範囲で時間の経過とともに徐々に減少している。この間でも、所望荷重値は負（−）で、圧力室１０７内の圧力が圧力室１０８内の圧力よりも高い状態であることに変わりはないため、動力シリンダ１０１は図１中の下向き矢印の方向に力を発生する。
【００７４】
図４の制御では、動力シリンダ１０１のピストン１０５（図１）が発生する力の大きさは、時間の経過とともに徐々に減少する。所望荷重値（Ｌ）は負（−）の領域からその絶対値が時間の経過とともに徐々に減少しており、この例では、図４最上段のグラフ、すなわち所望荷重値の経時変化の状態を表したグラフにおいては、右肩上がりの直線となっている。
【００７５】
そして、図４のｔ＝ｔ１の時点において、所望荷重値はゼロであり、この時の圧力室１０７および圧力室１０８内の圧力はともにほぼ設定下限圧値となっている。なお、圧力室１０７側の受圧面積と圧力室１０８側の受圧面積が等しい場合には、圧力室１０７および圧力室１０８内の圧力は等しく設定下限圧値とすれば良い。しかしながら、双方の圧力室の受圧面積に差がある場合にはその分を考慮した圧力設定値とする必要がある。
【００７６】
さらに、図４のｔ１＜ｔの時間領域においては、圧力室１０７内の圧力は設定下限圧で一定で、圧力室１０８内の圧力は設定下限圧よりも大きい値の範囲で時間の経過とともに徐々に増加している。このフェーズでは、圧力室１０８内の圧力が圧力室１０７内の圧力よりも高い状態であり、動力シリンダ１０１は図１中の上向き矢印の方向に力を発生する。即ち、この制御領域では、動力シリンダ１０１の所望荷重値（Ｌ）は正（＋）であって、動力シリンダ１０１のピストン１０５は図１の上向き方向に駆動力を発生する。
【００７７】
なお、以上では説明を簡略にするため、動力シリンダ１０１の駆動力、即ち所望荷重値（Ｌ）は直線的に変化する状態を想定した。しかしながら、決定された所望荷重値に対して圧力室１０７および圧力室１０８に供給すべき圧力値（ゲージ圧）は一意的に決定されるものであることは図２および図３の説明で述べた通りである。従って、ステージの荷重制御に必要な所望荷重値（Ｌ）を曲線的、あるいは振動的に変化する場合も、同様に所望荷重値に応じて圧力室１０７、１０８に供給すべき圧力値（ゲージ圧）を介して一意的に決定することができる。
【００７８】
以上のようにして、動力シリンダ１０１の第１および第２の圧力室１０７、１０８の設定圧を決定し、制御する。これにより、例えば付加製造装置（例えば図７）のステージ装置の所望荷重値を達成するための動力シリンダ１０１の駆動力を目標値に制御することができる。
【００７９】
図７のような付加製造装置のステージ装置（造形ステージ６１１、供給ステージ６１５）の場合は、動力シリンダ１０１の駆動力の目標値である所望荷重値は、基本的には、例えばステージ上の材料の量、特に搭載荷重に応じて演算できる。ステージの上下位置を位置制御するアクチュエータ（６１３、６１８）の駆動量も同様である。例えば、造形制御を通して、制御装置１０２は、材料の比重、密度、造形する１層あたりの敷設量などに基づき、現時点における造形、供給ステージ（６１１、６１５）上の材料の量と、対応する搭載荷重を刻々と把握できる。アクチュエータ（６１３、６１８）で制御すべき、造形、供給ステージ（６１１、６１５）の位置も同様である。
【００８０】
図７のような付加製造装置では、ステージ装置（造形ステージ６１１、供給ステージ６１５）には、上記のようにステージの駆動方向の分力として他の外力が働く。この外力には、例えばチャンバ６１０の内圧、金属ベローズなどから成る可撓性密封要素５１２の抵抗力（バネ力）の他、ローラ６１７がステージ上を通過する時のローラ自重（あるいは他の付勢力に起因する加圧力）などがある。
【００８１】
図７のように造形、供給ステージ（６１１、６１５）を一定の内圧に制御したチャンバ６１０内に収容する付加製造装置では、例えば、造形（または供給）ステージの搭載荷重とチャンバの内圧に応じて各ステージの動力シリンダの基本的な駆動力を決定する。そして上記のような他の外力が働く場合はその条件に応じて、動力シリンダに対して外力に応じた荷重補償を行う。また、ステージの搭載荷重以外の外力を「外乱（力）」として扱うように制御方式を整理してもよい。以下では、ステージの搭載荷重以外の外力を「外乱（力）」と表現し、荷重補償を含むステージの駆動力制御を行う例につき、説明する。
【００８２】
例えば、制御装置１０２のＣＰＵ１６０１は、造形ステージ６１１の搭載荷重、あるいはさらにチャンバの内圧に加えてさらに他の外力（外乱力）が働く制御区間では、動力シリンダ１０１の圧力室１０７、１０８に印加する流体圧を補正し、外力を補償する。
【００８３】
例えば、図１３の制御手順に示すようにＣＰＵ１６０１は造形ステージ６１１に搭載荷重の他に外力（外乱力）が働く制御区間である場合（Ｓ２１０のＹ）、その外力を補償すべく圧力室１０７、１０８に印加する流体圧を補正し外力を補償する（Ｓ２１１）。その場合、外力（外乱力）は、後述のようにその外力を検出するセンサによって測定し、その有無を検出（Ｓ２１０）する方式であってもよい。あるいは後述のように、目標駆動力を発生させる圧力室に印加する流体圧を補正する補正量を、制御区間において予め予想される外力に基づき作成されたテーブルメモリを参照してテーブル演算によって求めてもよい。
【００８４】
以下、制御装置１０２の制御により実現される上記のような外力（外乱）補償を含む制御系の構成をブロック線図の形式で示した図８〜図１０を参照して説明する。
【００８５】
図８では、外乱力の荷重補償を含む動力シリンダの駆動力制御を行う制御系につき説明する。図８では、上記のステージ装置のうち、造形ステージ６１１の制御系を示し、造形ステージ６１１は動力シリンダ１０１およびアクチュエータ６１３によってそれぞれ荷重制御および位置制御を受ける。図８の破線部（Ｂ）は、流体圧調整部１０３および１０４により制御される動力シリンダ１０１を含み、例えば図１の電磁弁と複動シリンダの構成に相当する。なお、図８〜図１０では造形ステージ６１１に関する構成を例示するが、供給ステージ６１５の場合であっても制御系の構成は同様である。
【００８６】
また、図８では、上記の制御装置１０２の制御機能をいくつかの別のブロックによって示している。制御装置７０２は制御装置１０２の動力シリンダ１０１の荷重（駆動力）制御機能に、また、位置決め制御部７２１は、制御装置１０２のアクチュエータ６１３の位置制御機能に相当する。所望荷重算出部７２０、位置決め制御部７２１は、例えば材料の比重、密度、造形する１層あたりの敷設量などに基づき、現時点における造形、供給ステージ（６１１、６１５）の搭載荷重に見合った動力シリンダおよびアクチュエータの制御量を演算する。
【００８７】
図８の制御ループにおいて、位置、力などの物理量と制御量の関係は、加算または減算器のシンボルを用いて示してある。例えば、同図中段に示すように、造形ステージ６１１は、動力シリンダ１０１およびアクチュエータ６１３の出力する力の物理量の加算結果によって制御される。同図下段のループは、造形ステージ６１１の実際位置が位置決め制御部７２１に負帰還される様子を示している。
【００８８】
図８において、所望荷重算出部７２０は、動力シリンダ１０１が発生するべき所望荷重値を算出し制御装置７０２に所望荷重値を入力する。ステージ６１１の位置は位置決め制御部７２１とアクチュエータ６１３によってフィードバック制御される。また、アクチュエータ６１３の駆動力は所望荷重算出部７２０と荷重補償機構（Ｂ）によってフィードバック制御される。所望荷重算出部７２０はアクチュエータ６１３の駆動力値を入力とし、アクチュエータの駆動力を目標値とするための動力シリンダ所望荷重値の算出を行なう。荷重補償機構（Ｂ）は所望荷重算出部７２０によって算出された所望荷重値に応じて動力シリンダ１０１の各圧力室の圧力を決定し、荷重補償（駆動力制御）を行う。
【００８９】
本実施形態によれば、図８のような構成によって、動力シリンダ１０１によって荷重制御を行うことができ、例えばアクチュエータ６１３の駆動力をほぼ０に近づくよう制御することができる。即ち、荷重補償によってアクチュエータ６１３の駆動力を小さく保つことができ、例えばアクチュエータが定常的に大きな力を出し続ける事に起因する位置決め性能の低下を回避できる。
【００９０】
上記の図８は、本実施形態において、造形ステージ６１１の搭載荷重以外の外力の作用を考慮していない基本的な制御ループの構成を示している。以下、図９および図１０では、造形ステージ６１１に働く、その搭載荷重以外の外力（外乱（力））を補償するループを有する制御系を示す。
【００９１】
図９は、チャンバ６１０の内圧がステージ（６１１、６１５）に外乱力として働くことを考慮し、この外力を補償する機能を追加した制御系の構成に相当する。図９（下記の図１０でも同様）の図示は、図８と同様の様式であって、同一ないし相当する部材（制御機能）には同一の参照符号を用いており以下では図８と異なる部分について述べる。
【００９２】
例えば、付加製造装置（図７）の仕様に応じて、チャンバ６１０内を真空引きしたり、または不活性ガスの充填などを行う場合がある。このように、チャンバ６１０の内圧が大気圧とは異なる状態に制御される場合は、チャンバ内外の圧力差が大きく変動することがある。そして、この圧力変動によってステージ（造形／供給ステージ）に付加される力がステージに対する外乱となり、ステージの位置決め精度に影響を及ぼす場合がある。
【００９３】
そこで、図９の構成では、図８の基本的な構成に加えて、所望荷重算出部７２０にチャンバ６１０内に配置した圧力センサ８２０（図７）で計測したチャンバ内圧の値（ゲージ圧）をフィードバックし、チャンバ内圧の外乱の影響を抑制（補償）する。図９のその他の構成は図８と同様である。例えば、所望荷重算出部７２０は、アクチュエータ指令値などに基づき算出する所望荷重値に対して、圧力センサ８２０で検出したチャンバ内の圧力値（ゲージ圧）に係数を乗じた値を加算する。この係数は、チャンバ内圧力が小さくなるほど所望荷重を負の方向で絶対値を大きくする値を指定する。チャンバ内外の圧力（ゲージ圧）の差は正の値でも負の値でも、制御の態様は同じである。以上のように、チャンバ内圧力による外乱抑制処理を行なうことで、急激な圧力変動時においても造形ステージ６１１の位置追従性を高めることができる。
【００９４】
さらに、図１０は、図９の構成に加え、材料供給の外乱、即ち、ローラ６１７による材料供給、および加圧によって生じる外乱力を補償する機能を有する制御系の構成を示す。図１０で、図９と異なるのは、圧力センサ８２０からチャンバ内圧をフィードバックするループに加え、造形ステージ６１１に加わる材料供給外乱（力）を所望荷重算出部７２０にフィードバックする材料供給外乱検出部９２２を設けている点である。
【００９５】
材料供給外乱検出部９２２は、何らかのセンサによって、材料供給系、例えばローラ６１７の動作やそれにより生じる荷重を検出する構成によっても良い。例えば、ローラ６１７の位置は、ローラ６１７の駆動系のエンコーダなどを介して検出することができる。あるいは、予め実験などを行なって、例えばローラ６１７を動作させて作成した外乱力補償用のデータテーブルを用い、ローラ６１７を動作させるのに同期して補償用のデータを読出して用いる構成を用いてもよい。このようなテーブル演算によって材料供給系の外乱力を予測的に補償する構成によると、センサによる実測系の応答が追い付きにくいような、例えば高周波で変動する外乱力を補償できる可能性がある。これにより、付加製造装置の動作状況に応じて非線形な制御を行うことができ、材料供給によるステージへの外乱が発生した時の静止位置決め精度を高めることができる。
【００９６】
図１０において、材料供給外乱検出部９２２は、上記のようにローラ６１７を動作させ、その外力が造形ステージ６１１に働く区間において、ローラ加圧によるステージへの外乱を予測または検出し、所望荷重算出部７２０に材料供給外乱情報を通知する。
【００９７】
図１１（ｂ）〜（ｅ）に示したように、付加製造装置（図７）では、ローラ６１７が造形ステージ６１１上を通過する区間においては、ローラ６１７の往復動によって、比較的、複雑な外乱力が造形ステージ６１１の駆動方向に働く。例えば、造形ステージ６１１には、ローラ６１７の乗り上げ（図１１（ｃ）、（ｄ））によって急激な荷重変動が加えられ、例えば、位置制御ループを介して動作するアクチュエータ６１３の駆動力もそれによって大きく変化する。また、チャンバ６１０を用いる構成では金属ベローズなどから成る可撓性密封要素５１２の単振動的な応答も、ローラ６１７の動作によって生じる外乱力に影響する可能性がある。もし、この造形ステージ６１１に加わる外乱の変動周波数が動力シリンダによる荷重補償の制御帯域を上回れば、ステージ位置決め精度に影響を及ぼす可能性がある。そこで、例えば、材料供給シーケンスのうち特にステージの静止位置決め精度が要求されるローラ加圧の開始から終了までの間で直前の所望荷重値を維持する制御を行うことが考えられる。これにより、チャンバ内の圧力変動による荷重変動とローラ加圧による静止位置決め精度への影響を最小限に抑えることができる。
【００９８】
さらに、装置の状態に応じたオフセット量を所望荷重に加算して出力することにより、ローラ加圧による造形ステージ６１１の荷重変動を低減できる可能性がある。例えば、所望荷重算出部７２０の機能として、ＣＰＵ１６０１は材料供給区間の供給ステージ６１５の上昇量Δｚ１ｕｐと造形ステージの下降量Δｚ２ｄｏｗｎ、上昇量Δｚ２ｕｐをＲＯＭ１６０２またはＲＡＭ１６０３に記憶させておく。
【００９９】
そして、下式（１）で求めた所望荷重オフセット量Ｆｏｆｆｓｅｔをオフセット量として、所望荷重（目標駆動力）に加算する。これにより、ローラ加圧によるステージへの荷重変動を低減し、ローラ加圧中の造形ステージ６１１の静止位置決め精度を向上できる可能性がある。なお式（１）中の係数α、β、γは予め実験などに基づき定めておく。
【０１００】
【数１】
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【０１０１】
上式（１）で算出したオフセット量Ｆｏｆｆｓｅｔを所望荷重に加算するタイミングとしては、例えばローラ６１７を造形ステージ６１１上に乗り上げ、あるいは同ステージから降りるタイミングを選べばよい。以上のような制御を行うことにより、材料供給あるいは加圧時の造形ステージ６１１の荷重補償を行うことができる。なお、上式（１）による演算は、造形制御時にリアルタイムで実行してもよいが、予め演算した値をデータテーブルに用意しテーブル演算（参照）によって求める構成であっても良い。また、以上ではローラを用いた材料供給を例示したが、同様の荷重制御はスキージなど他の手段によって材料供給を行う場合でも有効であるのはいうまでもない。
【０１０２】
以上に示したように、本実施形態によれば、制御装置は動力シリンダに発生させる目標駆動力（所望荷重値）と、第１、第２の圧力室（１０７、１０８）の下限圧力値と、に基づき、前記第１および第２の圧力室に印加する流体圧をそれぞれ決定する。このため、圧縮流体の配管系の切り替えが不要となり、圧縮流体の配管系内の圧力を連続的に変化させることができる。そのため、切り替え機構自体が持つ応答の遅れや、圧縮流体の配管系が持つ応答の遅れに起因する不安定現象の発生を抑制できる。このため、荷重の作用方向が反転することも含めた大きな荷重変動に対応でき、長いストローク範囲で連続的かつ安定的に荷重補償を実現し、（造形、ないし供給）ステージの静止位置決め精度を高めることができる。また、（造形、ないし供給）ステージの搭載荷重、あるいはさらにチャンバの内圧に加えてさらに他の外力（外乱力）が働く制御区間では、動力シリンダ１０１の第１、第２の圧力室（１０７、１０８）印加する流体圧を補正し、外力を補償する。このため、ステージ部分をチャンバ内に格納するとともに、材料を供給、敷設する材料供給系が配置され、ステージに対する荷重変動が複雑な、例えば熱溶解積層方式の付加製造装置においても、高精度にステージの位置および荷重制御を行うことができる。
【０１０３】
本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給し、そのシステムまたは装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０１、６０１、６１９…動力シリンダ、１０２…制御装置、１０３、１０４…流体圧調整部、１０５…ピストン、１０６…シリンダチューブ、１０７、１０８…圧力室、１０９…流体源、５１０、６１０…チャンバ、５１２…可撓性密封要素、５１３、６１３…アクチュエータ、６１５…供給ステージ、６１７…ローラ、７２０…所望荷重量算出部、７２１…位置決め制御部、８２０…圧力センサ。
【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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【図１３】
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