(57)【要約】【課題】より高速、高精度に積層造形できる積層造形装置を提供する。【解決手段】積層造形方法（積層造形装置１００）は、物体の断面形状データに基づき樹脂粒子１を転写媒体２０の表面に付与し粒子パターン２を形成する粒子パターン形成工程（吐出ヘッド１０）と、粒子パターン２を形成する樹脂粒子１を粒子パターン２の一方の面から加熱し溶融させる溶融工程（溶融部３０）と、粒子パターン２を形成する樹脂粒子１を粒子パターン２の他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターン３を形成する平滑化工程（平滑化部６０）と、溶融パターン３を転写媒体から転写して積層する転写工程（造形部４０）とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の断面形状データに基づき樹脂粒子を転写媒体の表面に付与し粒子パターンを形成する粒子パターン形成工程と、
前記粒子パターンを形成する前記樹脂粒子を前記粒子パターンの一方の面から加熱し溶融させる溶融工程と、
前記粒子パターンを形成する前記樹脂粒子を前記粒子パターンの他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターンを形成する平滑化工程と、
前記溶融パターンを前記転写媒体から転写して積層する転写工程と、を含むことを特徴とする積層造形方法。
【請求項２】
前記粒子パターンは、前記樹脂粒子が複数層重なるようにして構成され、
前記一方の面は、前記樹脂粒子が前記転写媒体の表面に接する面であり、
前記他方の面は、複数層重なる前記樹脂粒子の最表面であることを特徴とする請求項１に記載の積層造形方法。
【請求項３】
前記転写媒体の表面は曲面であり、前記溶融パターンが転写されるステージは平面であり、
前記転写工程は、前記転写媒体を前記ステージの方向に押圧しながら、あるいは、前記ステージを前記転写媒体の方向に押圧しながら、前記転写媒体と前記ステージとの押圧点を移動させることにより、前記溶融パターンを、前記ステージあるいは前記ステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている前記溶融パターンの表層部分に押圧しながら転写して積層することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層造形方法。
【請求項４】
前記粒子パターン形成工程は、
前記樹脂粒子を帯電させる帯電工程と、
帯電した前記樹脂粒子を電界加速して前記転写媒体の表面に到達させる静電吐出工程と、を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の積層造形方法。
【請求項５】
前記粒子パターン形成工程は、電子写真方式によることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の積層造形方法。
【請求項６】
前記溶融工程は、電磁加熱により前記転写媒体を加熱することにより行うことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の積層造形方法。
【請求項７】
前記樹脂粒子は、色材を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の積層造形方法。
【請求項８】
前記粒子パターン形成工程は、前記転写媒体の表面に形成される前記粒子パターンの厚さが所定の厚さとなるように、前記樹脂粒子を複数層重ねて付与することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の積層造形方法。
【請求項９】
前記樹脂粒子は、導電材を有していることを特徴とする請求項６に記載の積層造形方法。
【請求項１０】
前記粒子パターン形成工程は、色彩の異なる前記色材を有する複数の前記樹脂粒子によって前記粒子パターンを形成することを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか一項に記載の積層造形方法。
【請求項１１】
物体の断面形状データに基づき選択的に樹脂粒子を吐出する吐出ヘッドと、
吐出された前記樹脂粒子を捕捉することで、その表面に前記樹脂粒子による粒子パターンが形成される転写媒体と、
前記粒子パターンを形成する前記樹脂粒子を前記粒子パターンの一方の面から加熱し溶融させる溶融部と、
前記粒子パターンを形成する前記樹脂粒子を前記粒子パターンの他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターンを形成する平滑化部と、
前記溶融パターンを前記転写媒体から転写して積層する造形部と、を備えることを特徴とする積層造形装置。
【請求項１２】
前記溶融部は、前記転写媒体を加熱するヒーター部を備え、
前記平滑化部は、ヒートローラーを備えることを特徴とする請求項１１に記載の積層造形装置。
【請求項１３】
前記ヒーター部は、電磁加熱方式により前記転写媒体を加熱することを特徴とする請求項１２に記載の積層造形装置。
【請求項１４】
前記ヒートローラーは、電磁加熱方式の熱源を備えることを特徴とする請求項１２に記載の積層造形装置。
【請求項１５】
前記吐出ヘッドは、第１電極と、吐出口と、樹脂粒子を帯電させる帯電機構と、帯電した前記樹脂粒子を前記第１電極の表面に並べ、所定の厚さに帯電樹脂粒子層を形成する帯電樹脂粒子層形成機構と、前記第１電極を移動して前記帯電樹脂粒子層を前記吐出口に搬送する搬送機構と、前記吐出口に備えられた第３電極と、を備え、
前記転写媒体は、前記吐出口に対向し相対移動可能に設けられ、第２電極を構成し、
前記吐出口に移動した前記第１電極と、前記吐出口に移動した前記第１電極と前記第２電極との間に位置する前記第３電極とで形成する電界により、前記帯電樹脂粒子層に含まれる前記樹脂粒子を電界加速して前記吐出口から吐出し、前記第３電極と前記第２電極とで形成する電界により、吐出された前記樹脂粒子を前記第２電極に到達させることにより前記転写媒体の表面に前記粒子パターンを形成することを特徴とする請求項１１ないし請求項１４のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項１６】
前記造形部は、前記吐出口に対向した位置から移動した前記転写媒体に対向し相対移動可能に設けられたステージと、前記溶融パターンを前記転写媒体から前記ステージに転写して積層する積層機構と、を備えることを特徴とする請求項１５に記載の積層造形装置。
【請求項１７】
前記帯電樹脂粒子層形成機構により所定の厚さに形成された前記帯電樹脂粒子層に含まれる前記樹脂粒子が、前記第３電極に印加される電圧により、選択的に吐出され前記第２電極に到達することにより、前記転写媒体の表面に形成される前記溶融パターンの層厚が所定の厚みに制御されることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の積層造形装置。
【請求項１８】
前記吐出ヘッドを複数備え、
複数の前記吐出ヘッドが吐出するそれぞれの前記樹脂粒子は、それぞれに色彩の異なる色材を有していることを特徴とする請求項１１ないし請求項１７のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項１９】
前記樹脂粒子は、導電材を有していることを特徴とする請求項１１ないし請求項１８のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項２０】
前記転写媒体は、円柱側面形状に構成され、
前記積層機構は、
前記転写媒体を軸回りに回転移動する第１移動機構と、
前記ステージを前記転写媒体の回転移動の接線方向および前記接線方向に交差する方向に移動する第２移動機構と、を備え、
前記転写媒体の回転移動と、前記ステージの移動とが同期して、
前記転写媒体を軸回りに回転移動させながら、前記溶融パターンを前記ステージあるいは前記ステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている前記溶融パターンの表層部分に押圧することで転写して積層することを特徴とする請求項１１ないし請求項１９のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項２１】
前記転写媒体は、環状ベルトの形状に構成され、
前記積層機構は、
前記転写媒体をベルト駆動する第１移動機構と、
前記転写媒体の環状ベルトの内側から押圧するローラーと、
前記ステージを、前記ローラーと前記転写媒体の環状ベルトとの接線方向および前記接線方向に交差する方向に移動する第２移動機構と、を備え、
前記転写媒体のベルト駆動と、前記ステージの移動とが同期して、
前記転写媒体をベルト駆動させながら、前記ローラーにより前記溶融パターンを前記ステージあるいは前記ステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている前記溶融パターンの表層部分に押圧することで転写して積層することを特徴とする請求項１１ないし請求項１９のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層造形方法および積層造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、３次元形状の立体モデルを積層造形する方法として、ＵＶ硬化樹脂を立体モデルの断面形状にレーザーで硬化させて各層を形成する光造形法、粉末材料をレーザーで溶着し固化させて各層を形成する粉末焼結法、熱可塑性材料を加熱しノズルから押し出して堆積させることにより各層を形成する溶融物堆積法、紙などのシート材をモデルの断面形状にカットして積層し接着することにより形成するシート積層法、などが提案されている。
【０００３】
特許文献１には、電子写真方式による積層造形装置において、ヒートロールにより感光体や中間転写体上で帯電性粉体をシート状に形成し、このシート状帯電性粉体を積層することで積層造形をする方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２０７１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される技術では、精度を維持したまま、より高速に積層造形を行おうとしたときに、安定して積層造形ができなくなる場合があるという課題があった。具体的には、より高速に積層造形を行うためには、一層あたりの層厚を厚くすることや、一層の形成に必要な時間（例えば、特許文献１に開示される技術では、帯電性粉体をシート状にするための加熱・押圧時間）をより短縮することが有効である。これに対し、特許文献１に開示される技術では、このシート状帯電性粉体を形成する工程が、帯電性粉体をヒートロールによって一方の方向から加熱・押圧する方法であるため、一層あたりの層厚をより厚くし、高速に処理しようとした場合に、厚み方向に均一な溶融状態が得られなくなってしまうという問題が発生した。その結果、層厚がばらついてしまったり、積層後に層間剥離が発生してしまったりするという問題が発生した。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］  本適用例に係る積層造形方法は、物体の断面形状データに基づき樹脂粒子を転写媒体の表面に付与し粒子パターンを形成する粒子パターン形成工程と、前記粒子パターンを形成する前記樹脂粒子を前記粒子パターンの一方の面から加熱し溶融させる溶融工程と、前記粒子パターンを形成する前記樹脂粒子を前記粒子パターンの他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターンを形成する平滑化工程と、前記溶融パターンを前記転写媒体から転写して積層する転写工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本適用例による積層造形方法は、物体の断面形状データに基づき樹脂粒子を転写媒体の表面に付与し粒子パターンを形成する粒子パターン形成工程を含む。従って、より微細な樹脂粒子を活用することで、より高精細・高精度な潜像を形成することができる。
また、粒子パターンを形成する樹脂粒子を粒子パターンの一方の面から加熱し溶融させる溶融工程と、粒子パターンを形成する樹脂粒子を粒子パターンの他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターンを形成する平滑化工程と、溶融パターンを転写媒体から転写して積層する転写工程とを含む。より高速に積層造形を行うためには、一層あたりの層厚を厚くすることが有効であり、本適用例のように、粒子パターンの両面から加熱し溶融させる工程を有することにより、層厚を厚く形成した粒子パターンであっても、厚み方向に、より均一に樹脂粒子を溶融することができる。その結果、積層後に、不充分な溶融状態の樹脂粒子に起因する層間剥離が発生してしまったりすることが抑制される。また、より均一に溶融した樹脂粒子を平滑化し、平滑化された粒子パターンを転写して積層することにより積層造形を行うため、より精度の高い積層造形を行うことができる。
以上のように、本適用例による積層造形方法によれば、より高速に高精度で積層構造体を造形することができる。
【０００９】
［適用例２］  上記適用例に係る積層造形方法において、前記粒子パターンは、前記樹脂粒子が複数層重なるようにして構成され、前記一方の面は、前記樹脂粒子が前記転写媒体の表面に接する面であり、前記他方の面は、複数層重なる前記樹脂粒子の最表面であることが好ましい。
【００１０】
本適用例によれば、積層構造体を造形する一層あたりの層厚を厚くすることができ、また、厚み方向に、より均一に樹脂粒子を溶融することができる。その結果、より高速に積層造形を行うことができ、また、積層後に、不充分な溶融状態の樹脂粒子に起因する層間剥離が発生してしまったりすることが抑制される。
【００１１】
［適用例３］  上記適用例に係る積層造形方法において、前記転写媒体の表面は曲面であり、前記溶融パターンが転写されるステージは平面であり、前記転写工程は、前記転写媒体を前記ステージの方向に押圧しながら、あるいは、前記ステージを前記転写媒体の方向に押圧しながら、前記転写媒体と前記ステージとの押圧点を移動させることにより、前記溶融パターンを、前記ステージあるいは前記ステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている前記溶融パターンの表層部分に押圧しながら転写して積層することを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、曲面で構成される転写媒体の表面に形成された溶融パターンが曲率分離されることで、よりスムーズに転写媒体の表面から剥離するため、よりスムーズに転写・積層させることができる。
【００１３】
［適用例４］  上記適用例に係る積層造形方法において、前記粒子パターン形成工程は、前記樹脂粒子を帯電させる帯電工程と、帯電した前記樹脂粒子を電界加速して前記転写媒体の表面に到達させる静電吐出工程と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
本適用例のように、樹脂粒子を帯電させ、帯電した樹脂粒子を電界加速して転写媒体の表面に到達させるようにすることで、より高精度に、且つより簡単に積層構造体の造形ができるようになる。具体的には、より微細な樹脂粒子を活用し、樹脂粒子を電界加速する電界の制御をより高速に行い選択的に樹脂粒子を吐出することで、転写媒体の表面に直接描画することができ、また、より高精細・高精度な粒子パターンを形成することができる。より高精細・高精度に形成された粒子パターンが、厚み方向に、より均一に高精度で積層されるため、より高精細・高精度な積層構造体を造形することができる。
【００１５】
［適用例５］  上記適用例に係る積層造形方法において、前記粒子パターン形成工程は、電子写真方式によることを特徴とする。
【００１６】
本適用例によれば、電子写真方式により形成された粒子パターンが、厚み方向に、より均一に高精度で積層されるため、より高精細・高精度な積層構造体を造形することができる。
【００１７】
［適用例６］  上記適用例に係る積層造形方法において、前記溶融工程は、電磁加熱により前記転写媒体を加熱することにより行うことが好ましい。
【００１８】
本適用例のように、転写媒体を電磁加熱により加熱する方式とすることにより、転写媒体自体が発熱するため、転写媒体の表面に形成された粒子パターンを、一方の面（転写媒体の側）から確実に加熱・溶融させることができる。また、転写媒体全体を発熱させることなく、電磁波により渦電流を発生させる部位に集中して発熱させることができるため、より効果的に加熱・溶融を行うことができる。
【００１９】
［適用例７］  上記適用例に係る積層造形方法において、前記樹脂粒子は、色材を有していることが好ましい。
【００２０】
本適用例のように、樹脂粒子が色材を有することで、積層造形装置は、彩色された積層構造体を造形することができる。
【００２１】
［適用例８］  上記適用例に係る積層造形方法において、前記粒子パターン形成工程は、前記転写媒体の表面に形成される前記粒子パターンの厚さが所定の厚さとなるように、前記樹脂粒子を複数層重ねて付与することが好ましい。
【００２２】
本適用例のように、粒子パターン形成工程は、転写媒体の表面に形成される粒子パターンの厚さが所定の厚さとなるように、樹脂粒子を複数層重ねて付与することで、溶融パターンの厚さが所定の厚さとなり、溶融パターンが積層される積層構造体の寸法をより高精度にコントロールすることができる。つまり、本適用例によれば、より高速で、より高精細・高精度の積層造形方法、また積層造形方法装置を提供することができる。
【００２３】
［適用例９］  上記適用例に係る積層造形方法において、前記樹脂粒子は、導電材を有していることを特徴とする。
【００２４】
本適用例によれば、転写媒体の加熱と同時に樹脂粒子が有する導電材も発熱するため、樹脂粒子をより効率的に溶融させることができる。
【００２５】
［適用例１０］  上記適用例に係る積層造形方法において、前記粒子パターン形成工程は、色彩の異なる前記色材を有する複数の前記樹脂粒子によって前記粒子パターンを形成することが好ましい。
【００２６】
本適用例のように、色彩の異なる色材を有する複数の樹脂粒子によって粒子パターンを形成することで、彩色された積層構造体を造形することができる。
【００２７】
［適用例１１］  本適用例に係る積層造形装置は、物体の断面形状データに基づき選択的に樹脂粒子を吐出する吐出ヘッドと、吐出された前記樹脂粒子を捕捉することで、その表面に前記樹脂粒子による粒子パターンが形成される転写媒体と、前記粒子パターンを形成する前記樹脂粒子を前記粒子パターンの一方の面から加熱し溶融させる溶融部と、前記粒子パターンを形成する前記樹脂粒子を前記粒子パターンの他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターンを形成する平滑化部と、前記溶融パターンを前記転写媒体から転写して積層する造形部と、を備えることを特徴とする。
【００２８】
本適用例による積層造形装置は、物体の断面形状データに基づき選択的に樹脂粒子を吐出する吐出ヘッドと、吐出された樹脂粒子を捕捉することで、その表面に樹脂粒子による粒子パターンが形成される転写媒体とを備える。従って、より微細な樹脂粒子を活用することで、より高精細・高精度な粒子パターンを形成することができる。
また、本適用例による積層造形装置は、粒子パターンを形成する樹脂粒子を粒子パターンの一方の面から加熱し溶融させる溶融部と、粒子パターンの他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターンを形成する平滑化部と、溶融パターンを転写媒体から転写して積層する造形部とを備える。より高速に積層造形を行うためには、一層あたりの層厚を厚くすることが有効であり、本適用例のように、粒子パターンの両面から加熱し溶融させる構成とすることにより、層厚を厚く形成した粒子パターンであっても、厚み方向に、より均一に樹脂粒子を溶融することができる。その結果、積層後に、不充分な溶融状態の樹脂粒子に起因する層間剥離が発生してしまったりすることが抑制される。また、より均一に溶融した樹脂粒子を平滑化し、平滑化された粒子パターンを転写して積層することにより積層造形を行うため、より精度の高い積層造形を行うことができる。
以上のように、本適用例による積層造形装置によれば、より高速に高精度で積層構造体を造形することができる。
【００２９】
［適用例１２］  上記適用例に係る積層造形装置において、前記溶融部は、前記転写媒体を加熱するヒーター部を備え、前記平滑化部は、ヒートローラーを備えることを特徴とする。
【００３０】
本適用例のように、溶融部が、転写媒体を加熱するヒーター部を備え、平滑化部が、ヒートローラーを備えることにより、粒子パターンの両面から加熱し溶融させる構成とすることができ、層厚を厚く形成した粒子パターンであっても、厚み方向に、より均一に樹脂粒子を溶融することができる。その結果、積層後に、不充分な溶融状態の樹脂粒子に起因する層間剥離が発生してしまったりすることが抑制される。また、より均一に溶融した樹脂粒子を平滑化し、平滑化された粒子パターンを転写して積層することにより積層造形を行うため、より精度の高い積層造形を行うことができる。
【００３１】
［適用例１３］  上記適用例に係る積層造形装置において、前記ヒーター部は、電磁加熱方式により前記転写媒体を加熱することが好ましい。
【００３２】
本適用例のように、転写媒体を電磁加熱により加熱する方式とすることにより、転写媒体自体が発熱するため、転写媒体の表面に形成された粒子パターンを、一方の面（転写媒体の側）から確実に加熱・溶融させることができる。また、転写媒体全体を発熱させることなく、電磁波により渦電流を発生させる部位に集中して発熱させることができるため、より効果的に加熱・溶融を行うことができる。
【００３３】
［適用例１４］  上記適用例に係る積層造形装置において、前記ヒートローラーは、電磁加熱方式の熱源を備えることが好ましい。
【００３４】
本適用例のように、ヒートローラーが備える電磁加熱方式の熱源によって、ヒートローラーおよび転写媒体の双方が発熱し、粒子パターンは表裏両面から加熱されるため、より効果的に加熱・溶融を行うことができる。また、この表裏同時加熱においては、ヒートローラーの加熱エネルギーをより大きく構成することが容易であり、ヒートローラーに接する粒子パターンの面（他方の面）をより効果的に溶融させることができる。粒子パターンの他方の面は、先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターンの表層部分に積層する当接面であるため、この冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターンの表層部分を再溶解させながら積層させることなど、より効果的に転写・積層を行うことができる。
【００３５】
［適用例１５］  上記適用例に係る積層造形装置において、前記吐出ヘッドは、第１電極と、吐出口と、樹脂粒子を帯電させる帯電機構と、帯電した前記樹脂粒子を前記第１電極の表面に並べ、所定の厚さに帯電樹脂粒子層を形成する帯電樹脂粒子層形成機構と、前記第１電極を移動して前記帯電樹脂粒子層を前記吐出口に搬送する搬送機構と、前記吐出口に備えられた第３電極と、を備え、前記転写媒体は、前記吐出口に対向し相対移動可能に設けられ、第２電極を構成し、前記吐出口に移動した前記第１電極と、前記吐出口に移動した前記第１電極と前記第２電極との間に位置する前記第３電極とで形成する電界により、前記帯電樹脂粒子層に含まれる前記樹脂粒子を電界加速して前記吐出口から吐出し、前記第３電極と前記第２電極とで形成する電界により、吐出された前記樹脂粒子を前記第２電極に到達させることにより前記転写媒体の表面に前記粒子パターンを形成することを特徴とする。
【００３６】
本適用例によれば、吐出ヘッドは、第１電極と、吐出口と、樹脂粒子を帯電させる帯電機構と、帯電した樹脂粒子を第１電極の表面に並べ、所定の厚さに帯電樹脂粒子層を形成する帯電樹脂粒子層形成機構と、第１電極を移動して帯電樹脂粒子層を吐出口に搬送する搬送機構とを備えている。
つまり、本適用例によれば、樹脂粒子が吐出される吐出口に、所定の厚さの帯電樹脂粒子層として形成された樹脂粒子が供給される。
【００３７】
また、吐出ヘッドは、吐出口に備えられた第３電極を備え、転写媒体は、吐出口に対向し相対移動可能に設けられ、第２電極を構成している。吐出口に移動した第１電極と、この第１電極と第２電極との間に位置する第３電極とで形成する電界により、帯電樹脂粒子層に含まれる樹脂粒子を電界加速して吐出口から吐出し、第３電極と第２電極とで形成する電界により、吐出された樹脂粒子を第２電極に到達させることにより転写媒体の表面に粒子パターンを形成する。
つまり、所定の厚さの帯電樹脂粒子層として第１電極の表面に並ぶ樹脂粒子が、第１電極と吐出口に備えられた第３電極とで形成される電界によって電界加速され吐出される。電界加速される対象領域の樹脂粒子が所定の厚さに並んでいるため、吐出される樹脂粒子（あるいは樹脂粒子群）の量のバラツキが低減される。その結果、第３電極と第２電極とで形成する電界により、第２電極に到達する樹脂粒子の量は一定の範囲にコントロールされる。すなわち、第２電極（転写媒体）に形成される粒子パターンの厚みが一定の範囲にコントロールされる。
【００３８】
以上のように、本適用例による積層造形装置によれば、溶融パターンを形成する粒子パターンの寸法がより高精度にコントロールされるため、より高精細・高精度の積層造形を行うことができる。
【００３９】
［適用例１６］  上記適用例に係る積層造形装置において、前記造形部は、前記吐出口に対向した位置から移動した前記転写媒体に対向し相対移動可能に設けられたステージと、前記溶融パターンを前記転写媒体から前記ステージに転写して積層する積層機構と、を備えることを特徴とする。
【００４０】
本適用例によれば、造形部は、吐出口に対向した位置から移動した転写媒体に対向し相対移動可能に設けられたステージと、溶融パターンを転写媒体からステージに転写して積層する積層機構とを備えている。つまり、造形部は、厚みが一定の範囲にコントロールされた溶融パターンを転写媒体からステージに転写して積層し、積層構造体を造形する。溶融パターンが積層される積層構造体の寸法がより高精度にコントロールされるため、より高精細・高精度の積層造形を行うことができる。
【００４１】
［適用例１７］  上記適用例に係る積層造形装置において、前記帯電樹脂粒子層形成機構により所定の厚さに形成された前記帯電樹脂粒子層に含まれる前記樹脂粒子が、前記第３電極に印加される電圧により、選択的に吐出され前記第２電極に到達することにより、前記転写媒体の表面に形成される前記溶融パターンの層厚が所定の厚みに制御されることを特徴とする。
【００４２】
本適用例によれば、第３電極に印加する電圧（電位）を制御することにより、帯電樹脂粒子層に含まれる樹脂粒子を選択的に吐出して第２電極に到達させる。例えば、マイナスに帯電させた樹脂粒子を第１電極の表面に並べ、吐出口に備える第３電極を第１電極に対し必要充分なプラス電位とすることで生じる電界によって樹脂粒子を第１電極から剥離し加速することができる。また、さらに転写媒体（第２電極）を第３電極に対してプラス電位とすることで、第１電極から吐出口を経由し吐出された樹脂粒子を、転写媒体に到達させることができる。このように、第３電極に印加する電圧を制御することで、樹脂粒子の吐出制御（吐出の有無、吐出のタイミングなど）を行うことができ、例えば、次々と供給される帯電した樹脂粒子を吐出制御しながら、吐出口に対して相対移動する転写媒体に到達（付着）させることで、転写媒体の表面に樹脂粒子による画像（粒子パターン）を形成することができる。
【００４３】
［適用例１８］  上記適用例に係る積層造形装置において、前記吐出ヘッドを複数備え、複数の前記吐出ヘッドが吐出するそれぞれの前記樹脂粒子は、それぞれに色彩の異なる色材を有していることが好ましい。
【００４４】
本適用例のように、色彩の異なる色材を有する複数の樹脂粒子によって粒子パターンを形成することで、彩色された積層構造体を造形することができる。
【００４５】
［適用例１９］  上記適用例に係る積層造形装置において、前記樹脂粒子は、導電材を有していることを特徴とする。
【００４６】
本適用例によれば、転写媒体の加熱と同時に樹脂粒子が有する導電材も発熱するため、樹脂粒子をより効率的に溶融させることができる。
【００４７】
［適用例２０］  上記適用例に係る積層造形装置において、前記転写媒体は、円柱側面形状に構成され、前記積層機構は、前記転写媒体を軸回りに回転移動する第１移動機構と、前記ステージを前記転写媒体の回転移動の接線方向および前記接線方向に交差する方向に移動する第２移動機構と、を備え、前記転写媒体の回転移動と、前記ステージの移動とが同期して、前記転写媒体を軸回りに回転移動させながら、前記溶融パターンを前記ステージあるいは前記ステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている前記溶融パターンの表層部分に押圧することで転写して積層することを特徴とする。
【００４８】
本適用例によれば、転写媒体は、円柱側面形状に構成されている。また、積層機構は、転写媒体を軸回りに回転移動する第１移動機構と、ステージを転写媒体の回転移動の接線方向および接線方向に交差する方向に移動する第２移動機構とを備え、転写媒体の回転移動とステージの移動とが同期して転写媒体を軸回りに回転移動させながら、溶融パターンをステージあるいはステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターンの表層部分に押圧することで転写して積層する。
転写媒体の回転移動とステージの移動とが同期しているため、積層する溶融パターンに発生する位置ズレを抑制することができる。また、円柱側面形状の転写媒体の表面に形成された溶融パターンをステージあるいはステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターンの表層部分に押圧することで転写して積層する構成のため、溶融パターンが曲率分離されることで、よりスムーズに転写・積層させることができる。
【００４９】
［適用例２１］  上記適用例に係る積層造形装置において、前記転写媒体は、環状ベルトの形状に構成され、前記積層機構は、前記転写媒体をベルト駆動する第１移動機構と、前記転写媒体の環状ベルトの内側から押圧するローラーと、前記ステージを、前記ローラーと前記転写媒体の環状ベルトとの接線方向および前記接線方向に交差する方向に移動する第２移動機構と、を備え、前記転写媒体のベルト駆動と、前記ステージの移動とが同期して、前記転写媒体をベルト駆動させながら、前記ローラーにより前記溶融パターンを前記ステージあるいは前記ステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている前記溶融パターンの表層部分に押圧することで転写して積層することを特徴とする。
【００５０】
本適用例によれば、転写媒体は、環状ベルトの形状に構成されている。また、積層機構は、転写媒体をベルト駆動する第１移動機構と、転写媒体の環状ベルトの内側から押圧するローラーと、ステージを、ローラーと転写媒体の環状ベルトとの接線方向および接線方向に交差する方向に移動する第２移動機構とを備え、転写媒体のベルト駆動と、ステージの移動とが同期して、転写媒体をベルト駆動させながら、ローラーにより溶融パターンをステージあるいはステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターンの表層部分に押圧することで転写して積層する。
転写媒体のベルト駆動とステージの移動とが同期しているため、積層する溶融パターンに発生する位置ズレを抑制することができる。また、ローラーにより押圧されたベルト（転写媒体）の表面に形成された溶融パターンをステージあるいはステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターンの表層部分に押圧することで転写して積層する構成のため、溶融パターンが曲率分離されることで、よりスムーズに転写・積層させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態１に係る積層造形装置の構成を示す側面概念図
【図２】（ａ）吐出ヘッドを説明する断面概念図、（ｂ）吐出口を示す平面図
【図３】（ａ）図１のＡ部拡大図、（ｂ）吐出口周囲の平面図
【図４】溶融部の模式図
【図５】（ａ）〜（ｃ）平滑化部を示す側面および平面図
【図６】平滑化部に電磁加熱方式の熱源を用いる場合の模式図
【図７】ステージと転写媒体との同期駆動を説明する概念図
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、溶融パターンが形成される様子を示す模式図
【図９】変形例１に係る積層造形装置の構成を示す側面概念図
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。また、説明の便宜上、図に付記するＸＹＺ軸において、Ｘ方向を右方向、Ｘ軸方向（±Ｘ方向）を横方向、Ｙ方向を前方向、Ｙ軸方向（±Ｙ方向）を前後方向、Ｚ方向を上方向、Ｚ軸方向（±Ｚ方向）を上下方向として説明する。
【００５３】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る積層造形装置１００の構成を示す概念側面図である。
積層造形装置１００は、物体（３次元形状の立体モデル）の断面を構成する各層（断面層）を次々に積層して立体を造形する装置である。
積層造形装置１００は、物体の断面形状データに基づき選択的に樹脂粒子１を吐出する吐出ヘッド１０、吐出された樹脂粒子１を捕捉することで、その表面に樹脂粒子１による粒子パターン２が形成される転写媒体２０、粒子パターン２を形成する樹脂粒子１を粒子パターン２の一方の面から加熱し溶融させる溶融部３０、粒子パターン２を形成する樹脂粒子１を粒子パターン２の他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターン３を形成する平滑化部６０、溶融パターン３を転写媒体２０から転写して積層する造形部４０などを備えている。
造形部４０において溶融パターン３が積層されることで、積層構造体４が形成（造形）される。また、溶融パターン３の転写が完了した転写媒体２０の表面をクリーニングするクリーニングブレード（図示省略）を有するクリーニング部５０などを備えている。
【００５４】
積層造形装置１００による積層造形方法としては、物体の断面形状データに基づき樹脂粒子１を転写媒体２０の表面に付与し粒子パターン２を形成する粒子パターン形成工程と、粒子パターンを２形成する樹脂粒子１を粒子パターン２の一方の面から加熱し溶融させる溶融工程と、粒子パターン２を形成する樹脂粒子１を粒子パターン２の他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターン３を形成する平滑化工程と、溶融パターン３を転写媒体２０から転写して積層する転写工程とを含んでいる。
【００５５】
つまり、まず、物体の断面層を形成するために、物体の断面形状に合わせて所定の厚さとなるように並べられた樹脂粒子のパターン（粒子パターン２）を形成する。粒子パターン２は、帯電した樹脂粒子１を選択的に電界加速して吐出することにより、転写媒体２０の表面に、物体の断面形状に合わせた所望の並びのパターンとして形成される。
次に、転写媒体２０の表面に並んだ樹脂粒子１を一方の面および他方の面から加熱して溶融することにより、上下左右に隣接する樹脂粒子１を融合させ、また平滑化して断面層としての溶融パターン３を形成する。この溶融パターン３を次々に転写して積層することにより３次元形状の物体が造形される。
【００５６】
以下、積層造形装置１００を構成するそれぞれの部位毎に具体的に説明する。
【００５７】
＜吐出ヘッド＞
図２（ａ）は、吐出ヘッド１０を説明する概念断面図、図２（ｂ）は、吐出ヘッド１０が備える吐出口を示す平面図である。
吐出ヘッド１０は、樹脂粒子１を収納するカートリッジ１１、樹脂粒子１を帯電させ吐出する樹脂吐出部１２などを備えている。
カートリッジ１１は、筐体１１１を備えている。筐体１１１は、内部に樹脂粒子１を収納し、樹脂吐出部１２と連結することで、樹脂吐出部１２に樹脂粒子１を供給する。筐体１１１の内部に収納された樹脂粒子１は、重力（樹脂粒子１の自重）あるいは押圧機構（図示省略）などによる力Ｆにより筐体１１１に連結された樹脂吐出部１２に移動する（供給される）。
【００５８】
樹脂吐出部１２は、搬送ローラー１２１（搬送ローラー１２１は、後述する第１電極７１を構成する）、複数の吐出口１２２を備えたヘッドプレート１２７、樹脂粒子１を帯電させる「帯電機構」、供給ローラー１２３、帯電した樹脂粒子１を搬送ローラー１２１の表面に並べ所定の厚さに帯電樹脂粒子層１Ｌを形成する規制ブレード１２５、駆動部（図示省略）、シール１２８などを備えている。これらは、ヘッド筐体１２６によって樹脂吐出部１２としてコンパクトにまとめられ、カートリッジ１１の装填を可能としている。
【００５９】
搬送ローラー１２１は、円柱側面形状（ドラム状）に形成されており、駆動部により回転することで帯電樹脂粒子層１Ｌを吐出口１２２に搬送する「搬送機構」を構成している。
供給ローラー１２３は、搬送ローラー１２１の周面に回転自在に接触して配設されるローラーであり、駆動部により回転しながら樹脂粒子１を摩擦帯電させて搬送ローラー１２１の表面に供給する。つまり、供給ローラー１２３は、「帯電機構」を構成する。なお、樹脂粒子の帯電は、この供給ローラー１２３との摩擦のみによらず、樹脂粒子が接触する部材（例えば搬送ローラー１２１や筐体１１１、ヘッド筐体１２６）との接触・剥離や摩擦によっても行われる。樹脂粒子１を帯電させる材料は、供給ローラー１２３を含め、樹脂粒子１に対し、帯電列上でより離れて位置する材質の部材を用いることが好ましく、より効率的に帯電させることができる。
【００６０】
なお、駆動部は、搬送ローラー１２１および供給ローラー１２３を回転させる駆動部として別々に備えられても良いし、一つの駆動部でそれぞれを同時に（図２（ａ）に示す矢印の様に逆の回転で）回転させる構成であっても良い。あるいは、供給ローラー１２３を回転させる駆動部として備え、供給ローラー１２３が搬送ローラー１２１の周面で回転することにより搬送ローラー１２１が回転する構成であっても良い。
また、搬送ローラー１２１と供給ローラー１２３とが別々に駆動する場合には、供給ローラー１２３を、図２（ａ）に示す矢印の方向と逆の方向に回転させても良い。このように搬送ローラー１２１の回転に逆らう方向で回転させることによって、樹脂粒子の流動性が向上すると共に、摩擦帯電の機会を向上させることができる。
【００６１】
規制ブレード１２５は、搬送ローラー１２１の周面を押圧する板状体であり、供給ローラー１２３によって搬送ローラー１２１の表面に重なるように供給された樹脂粒子１を、所定の厚さ（具体的には、樹脂粒子１が１〜２層に並ぶ厚さ）の層厚に薄層化する「帯電樹脂粒子層形成機構」を構成している。規制ブレード１２５は、一方の端部がヘッド筐体１２６に固定された弾性体であり、図２に示すように、押圧部にバネなどの弾性体を設ける構成であっても良い。樹脂粒子１は、規制ブレード１２５の押圧部で擦切られるように薄層化され、また規制ブレード１２５との摩擦帯電により帯電量がより均一化される。
【００６２】
ヘッドプレート１２７は、例えば、ポリイミド等の絶縁性かつ可撓性を持つ基板であり、その中央部には、搬送ローラー１２１の回転方向と交差する方向に交互に並ぶ２列の吐出口１２２が形成されている。吐出口１２２が並ぶ方向のヘッドプレート１２７の幅Ｗは、後述する転写媒体２０の幅と略等しい長さに構成されている。
また、個々の吐出口１２２の周囲には、樹脂粒子１の吐出を制御するための第３電極７３が備えられている。第３電極７３を駆動制御する駆動回路１３０（ドライバーＩＣ）を樹脂吐出部１２に備えても良い。
【００６３】
シール１２８は、搬送ローラー１２１の周面に配置されたシール部材であり、搬送ローラー１２１の周面に軽圧接され、樹脂粒子１の外部への飛散や漏えいを防止している。
【００６４】
吐出ヘッド１０は、図１に示すように、装填されるカートリッジ１１が収納する樹脂粒子１のタイプ毎に複数用いられる。樹脂粒子１のタイプは、樹脂粒子１が備える色材の種類や、色材の有無によって分けられる。具体的には、吐出ヘッド１０として、シアン色の樹脂粒子１を吐出する吐出ヘッド１０Ｃ、マゼンタ色の樹脂粒子１を吐出する吐出ヘッド１０Ｍ、イエロー色の樹脂粒子１を吐出する吐出ヘッド１０Ｙ、透明無色の樹脂粒子１を吐出する吐出ヘッド１０Ｔ、白色の樹脂粒子１を吐出する吐出ヘッド１０Ｗ、および、積層構造体４のオーバーハング等を造形時に支持し造形後除去されるサポート材の樹脂粒子１を吐出する吐出ヘッド１０Ｓなどが、それぞれ配設される。
粒子パターン２は、これら複数のタイプの樹脂粒子１によって構成される。つまり、粒子パターン２、溶融パターン３、積層構造体４は、複数の色材を含む樹脂によって構成される。
【００６５】
＜転写媒体＞
転写媒体２０は、図１に示すように、円柱側面形状（ドラム状）に構成されており、Ｘ―Ｙ平面に置かれた積層造形装置１００において、例えば、その円柱軸がＹ軸方向を向くように配置される。転写媒体２０は、後述する第２電極７２として構成されている。転写媒体２０は、非磁性導電性板（例えばＳＵＳ（Steel Use Stainless）等）で構成されている。
転写媒体２０の上方（Ｚ方向）には、複数の吐出ヘッド１０が、吐出口１２２（図２）が転写媒体２０の表面に対向するように、所定の空隙を介して配置されている。転写媒体２０は、その円柱軸を回転軸として吐出ヘッド１０との空隙を一定に保ちながら回転可能に設置され、後述する「第１移動機構」により軸回りに回転移動する。
吐出ヘッド１０は、それぞれ、ヘッドプレート１２７の延在方向（吐出口１２２が並ぶ方向）が、対向する転写媒体２０の表面が回転移動する方向と交差する方向となるように設置されている。つまり、吐出ヘッド１０は、転写媒体２０に対してラインヘッドとして構成されている。
【００６６】
図３（ａ）は、図１に示すＡ部を拡大した断面概念図であり、吐出口１２２の周囲および対向する転写媒体２０を示している。図３（ｂ）は、吐出口１２２周囲の平面図である。
吐出口１２２の周囲には、第３電極７３が配設されている。
吐出口１２２の上部に位置する第１電極７１（つまりは、吐出口１２２の開口領域に樹脂粒子１を搬送してきた搬送ローラー１２１）と、この第１電極７１と第２電極７２（転写媒体２０）との間に位置する第３電極７３および第２電極７２とで、帯電した樹脂粒子１を第１電極７１から剥離し電界加速して吐出口１２２から吐出し、第２電極７２（転写媒体２０の表面）に到達させる電界が構成される。また、第３電極７３に印加される電圧（電位）を制御することにより、帯電樹脂粒子層１Ｌに含まれる樹脂粒子１が選択的に吐出され、第２電極７２に到達する。
【００６７】
具体的には、例えば、図３（ａ）に示すように、樹脂粒子１をマイナスに帯電させ、第１電極７１の電位を−２５０Ｖ、第３電極７３の電位を−１２５Ｖ、第２電極７２を接地電位（０Ｖ）とする。こうすると、第２電極７２（転写媒体２０）から第１電極７１（搬送ローラー１２１）に向かう電界が生成され、マイナスに帯電した樹脂粒子１は、第１電極７１から遊離して吐出口１２２から吐出され、第２電極７２（転写媒体２０の表面）に到達する。また、例えば、第３電極７３の電位を−３７５Ｖとしたときには、第１電極７１と第３電極７３との間に生成される電界の向きが逆となり、マイナスに帯電した樹脂粒子１は、第１電極７１（搬送ローラー１２１）に留まる。
このように、第３電極７３の電位を制御することで、搬送ローラー１２１によって次々と供給される帯電した樹脂粒子１を吐出制御しながら、吐出口１２２に対して移動する転写媒体２０に到達（付着）させることで、転写媒体２０の表面に粒子パターン２が形成される。
【００６８】
図３（ａ）において、樹脂粒子１が吐出される方向の空隙については、例えば、樹脂粒子１が１０μｍの球形粒子の場合、搬送ローラー１２１上の帯電樹脂粒子層１Ｌの層厚は略２層として２０μｍである。搬送ローラー１２１とヘッドプレート１２７との間隔は帯電樹脂粒子層１Ｌの層厚よりも大きくするのが摩耗を低減するのに有利であるため、例えば４０μｍとしている。また、ヘッドプレート１２７の厚みは例えば６０μｍ、ヘッドプレート１２７と転写媒体２０との空隙は１００μｍとしている。
搬送ローラー１２１とヘッドプレート１２７との空隙、および、ヘッドプレート１２７と転写媒体２０との空隙を維持するために、それぞれにスペーサー（図示省略）を設けると電界変動を防止し吐出量を均一にすることができるため好ましい。
【００６９】
また、転写媒体２０の回転移動を所定の速度とし、所定の厚さに形成された帯電樹脂粒子層１Ｌに含まれる樹脂粒子１が、第３電極７３の制御により選択的に吐出され第２電極７２に到達することにより、転写媒体２０の表面に形成される溶融パターン３の層厚が所定の厚みに制御される。つまり、複数の吐出ヘッド１０から吐出された樹脂粒子１により転写媒体２０の表面に形成される溶融パターン３の層厚が所定の厚みに制御される。
【００７０】
＜溶融部＞
溶融部３０は、粒子パターン２を形成する樹脂粒子１を粒子パターン２の一方の面から加熱し溶融させるための熱源を備え、図１に示すように、転写媒体２０において、吐出ヘッド１０が設置された上部と、造形部４０との間に設置されている。
溶融部３０は、粒子パターン２をその裏面（樹脂粒子１が転写媒体２０の表面に接する面）から加熱するために、粒子パターン２が形成される転写媒体２０を加熱する電磁加熱方式の「ヒーター部」を備えている。
【００７１】
図４は、溶融部３０の模式図である。
電磁加熱方式のヒーター部は、転写媒体２０の外側に配置されるメインヨーク３１、転写媒体２０の内側に配置されるバックヨーク３２、メインヨーク３１が備える励磁用のコイル３３などから構成されている。メインヨーク３１、バックヨーク３２はそれぞれ、例えば鉄やフェライトなどの軟磁性体から構成されている。コイル３３（耐熱線）に数十ｋＨｚの高周波の交番電流を流すことによりメインヨーク３１とバックヨーク３２との間に高周波の交番磁界を発生させ、転写媒体２０（非磁性導電性板）のメインヨーク３１とバックヨーク３２に挟まれた領域に渦電流を発生させることで局所的に発熱させる。
【００７２】
＜平滑化部＞
図５（ａ）〜（ｃ）は、平滑化部６０を示す側面および平面図である。
平滑化部６０は、粒子パターン２を構成する樹脂粒子１を溶融する手段として、熱源６２を内部に有するヒートローラー６１を備え、転写媒体２０の外周部において、溶融部３０と、造形部４０との間に設置されている。
平滑化部６０は、粒子パターン２を形成する樹脂粒子１を粒子パターン２の他方の面（複数層重なる樹脂粒子１の最表面）から加熱するとともに溶融・平滑化して溶融パターン３を形成する。粒子パターン２は、ヒートローラー６１によりエア抜きされ、所定の層厚にシート化されて溶融パターン３が形成される。
【００７３】
ヒートローラー６１は、図５（ｂ）に示すような、両サイドに突き当てコロ６３を有するハードローラーである。ヒートローラー６１は、支持体６５に固定された支持部６４によって突き当てコロ６３を介して転写媒体２０の外周表面に押圧し固定されている。ヒートローラー６１のローラー部は、ＳＵＳなどの非磁性導電性板を用いた芯金の表面に離形層（ＰＦＡ（Perfluoroalkoxy polymer resin）、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）など）を備えている（図示省略）。
熱源６２は、ハロゲンランプ等で構成され、このオンオフによりヒートローラー６１を所定の温度に加熱するもので、ニクロム線等の種々の熱源が使用可能である。
【００７４】
なお、ヒートローラー６１は、図５（ｃ）に示すような、スプリングを備えるサスペンション６６によってその両端が支持されたソフトローラーであっても良い。ローラー部は、ＳＵＳなどの非磁性導電性板を用いた芯金の外周に、ローラー部を押圧したときの撓みを考慮してタル型に形成された弾性層（シリコンゴム、フッ素ゴムなど）を備え、弾性層の表面に離形層（ＰＦＡ、ＰＴＦＥなど）を備えている（図示省略）。
【００７５】
また、図５（ａ）に示すように、平滑化部６０は、ヒートローラー６１のローラー部表面をクリーニングするクリーナー６７を備えるのが好ましい。
【００７６】
また、平滑化部６０には、熱源６２に代わり、溶融部３０と同様に電磁加熱方式を用いても良い。
図６は、平滑化部６０に電磁加熱方式を用いる場合の模式図である。平滑化部６０に電磁加熱方式を用いる場合は、前述した溶融部３０の磁気回路を利用することが好ましく、平滑化部６０は、溶融部３０が構成する磁気回路内（メインヨーク３１とバックヨーク３２との間の領域）に配置されている。ヒートローラー６１は、その内側に配置されるインナーヨーク６２１を備えている。インナーヨーク６２１は、例えば鉄やフェライトなどの軟磁性体から構成されている。
【００７７】
この構成において、コイル３３に高周波の交番電流を流すことにより、メインヨーク３１〜バックヨーク３２〜インナーヨーク６２１〜メインヨーク３１で磁気回路が構成され、ヒートローラー６１の磁力線通過部では高周波の交番磁界が発生し、交番磁界に伴う渦電流によりヒートローラー６１は局所的に発熱する。このように、コイル３３による交番磁界を溶融部３０と共有できるため、装置構成が簡略になるだけでなく、熱源の電源構成や制御回路を簡略化することができる。また、インナーヨーク６２１の角度を調整すると通過する磁力線も変えられるためヒートローラー６１の温度調整をすることもできる。
【００７８】
＜造形部＞
造形部４０は、図１に示すように、転写媒体２０に対向し相対移動可能に設けられた平面形状のステージ４１と、溶融パターン３を転写媒体２０からステージ４１に転写して積層する「積層機構」とを備えている。
「積層機構」は、転写媒体２０を軸回りに回転移動する第１移動機構（図示省略）と、ステージ４１を転写媒体２０の回転移動の接線方向および接線方向に交差する方向に移動する第２移動機構（図示省略）とを備えている。
転写媒体２０を軸回りに回転移動させながら、溶融パターン３をステージ４１あるいはステージ４１に先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン３の表層部分に押圧することで転写して積層する。溶融パターン３は、ステージ４１上で粘着転写され、冷却されて積層構造体４が形成される。
【００７９】
ここで、ステージ４１は、図１に示す矢印Ｄ方向に循環移動し、転写媒体２０の回転と同期して、つまり、第１移動機構と、第２移動機構とが同期して（すなわち同周期で）移動する。
具体的には、例えば、図７に示すように、第１移動機構と第２移動機構とを同じ駆動モーターで構成し、転写媒体２０が１回転するとステージ４１が１サイクルの移動をするように構成している。また、駆動モーターがｎ（自然数）回転すると転写媒体２０が１回転し、駆動モーターがｍ（自然数）回転するとステージ４１が１サイクルの移動をするように構成している。このように構成することで、駆動モーターの変動がそれぞれ同位相で現れるため、溶融パターン３の積層ズレを抑制することができる。
【００８０】
＜樹脂粒子＞
樹脂粒子１は、体積平均粒子径が５〜２０μｍの異形もしくは球形の粒子で、その材料には、ポリエステル等の熱可塑性樹脂を用いている。有色の場合には、色材として、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、白の顔料を分散し粉砕法や重合法で作成される。
また、樹脂粒子１は、白色または透明な疎水性粒子が外添されている。具体的には、粒径が数ｎｍから数十ｎｍのシリカやチタニアといった無機微粒子が外添され、安息角で４５度以下の流動性が与えられる。従って、カートリッジ１１の内壁は樹脂粒子１が滞留しないように、重力方向に対して安息角以上に立った壁で構成することが望ましい。
【００８１】
＜積層造形方法＞
次に、上述した構成の積層造形装置１００によって積層構造体４を造形する一連の流れを示し、積層造形方法について説明する。
図８（ａ）〜（ｄ）には、溶融パターン３が形成される様子を示している。
図１および図８（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
【００８２】
＜粒子パターン形成工程＞
まず、各吐出ヘッド１０（１０Ｓ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｙ，１０Ｔ，１０Ｗ）に該当する色材を収納したカートリッジ１１を装填し、積層造形装置１００を稼動させ、各吐出ヘッド１０内で樹脂粒子１を帯電させ、所定の厚さに帯電樹脂粒子層１Ｌを準備する。
次に、造形する積層構造体４の形状・色彩に応じ色重ねされた所定の厚さの各層（溶融パターン３）が形成されるように各吐出ヘッド１０の第３電極７３の電位を設定・制御し、吐出ヘッド１０の吐出口１２２に供給される樹脂粒子１を選択吐出することにより転写媒体２０の表面に粒子パターン２を形成する。
図８（ａ）は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、および透明無色（Ｔ）の色材を有する樹脂粒子１が各２層ずつ選択的に吐出され、所定の厚さとして６層が重なっている様子を示している。粒子パターン２の所定の厚さとは、粒子パターン２が溶融し積層されて積層構造体４を構成する際に、積層構造体４の寸法精度に対して必要となる厚さである。
【００８３】
＜溶融工程＞
次に、転写媒体２０の表面に形成された粒子パターン２を、転写媒体２０の回転に伴い溶融部３０に移動させる。溶融部３０では、ヒーター部によって加熱された転写媒体２０によって、粒子パターン２の裏面（樹脂粒子１が転写媒体２０の表面に接する面）から加熱され粒子パターン２が溶融する。この時、粒子パターン２は、転写媒体２０の表面に近い領域ほど充分に溶融している。
【００８４】
＜平滑化工程＞
次に、溶融した粒子パターン２を、転写媒体２０の回転に伴い平滑化部６０に移動させる。平滑化部６０では、ヒートローラー６１により、樹脂粒子１を表面（粒子パターン２が６層重なる樹脂粒子１の最表面）から加熱・溶融するとともに押圧・平滑化して溶融パターン３を形成する。図８（ｂ）に示すように、粒子パターン２は、ヒートローラー６１によりエア抜きされ、所定の層厚にシート化されて溶融パターン３が形成される。平滑化部６０では、ヒートローラー６１に近い領域ほど充分に溶融するため、溶融部３０による溶解と合わせ、粒子パターン２の全体が充分に溶融する。
溶融パターン３の層厚は、樹脂粒子１が６層重なった粒子パターン２の厚さに比較して、およそ２分の１の厚さとなる。また、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）のそれぞれが重なって構成される領域は、図８（ｃ）に示すように、ブルー（Ｂ）、グリーン（Ｇ）、レッド（Ｒ）が表現される。
【００８５】
＜転写工程＞
次に、転写媒体２０の表面に形成された溶融パターン３を、転写媒体２０の回転に伴い造形部４０に移動させる。
造形部４０では、ステージ４１を転写媒体２０の方向に押圧しながら、転写媒体２０を軸回りに回転移動させることにより、転写媒体２０とステージ４１との押圧点を移動させ、溶融パターン３を、ステージ４１あるいはステージ４１に先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン３の表層部分に押圧しながら転写して積層する。
図８（ｄ）に示すように、溶融パターン３は、先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン３の表層部分を再溶解させながら、ステージ４１上で粘着転写される。
【００８６】
転写を終えた転写媒体２０は、クリーニング部５０に配設されるクリーニングブレードで表面を清掃されて、次の層の造形へと向かう。
転写媒体２０の回転による溶融パターン３の形成と、ステージ４１の移動を同期させ、以上の転写を繰りかえし、溶融パターン３を積層させることで積層構造体４が形成される。
【００８７】
以上述べたように、本実施形態による積層造形方法および積層造形装置によれば、以下の効果を得ることができる。
積層造形装置１００は、物体の断面形状データに基づき選択的に樹脂粒子１を吐出する吐出ヘッド１０と、吐出された樹脂粒子１を捕捉することで、その表面に樹脂粒子１による粒子パターン２が形成される転写媒体２０とを備える。従って、より微細な樹脂粒子１を活用することで、より高精細・高精度な粒子パターン２を形成することができる。
【００８８】
また、積層造形装置１００は、粒子パターン２を形成する樹脂粒子１を粒子パターン２の一方の面から加熱し溶融させる溶融部３０と、粒子パターン２の他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターン３を形成する平滑化部６０と、溶融パターン３を転写媒体２０から転写して積層する造形部４０とを備える。より高速に積層造形を行うためには、一層あたりの層厚を厚くすることが有効であり、本実施形態のように、粒子パターン２の両面から加熱し溶融させる構成（溶融部３０が、転写媒体２０を加熱するヒーター部を備え、平滑化部６０が、ヒートローラー６１を備える構成）とすることにより、層厚を厚く形成した粒子パターン２であっても、厚み方向に、より均一に樹脂粒子１を溶融することができる。その結果、積層後に、不充分な溶融状態の樹脂粒子１に起因する層間剥離が発生してしまったりすることが抑制される。また、より均一に溶融した樹脂粒子１を平滑化し、平滑化された粒子パターン２を転写して積層することにより積層造形を行うため、より精度の高い積層造形を行うことができる。
以上のように、本実施形態による積層造形装置１００および積層造形方法によれば、より高速に高精度で積層構造体を造形することができる。
【００８９】
また、転写媒体２０を電磁加熱により加熱する方式とすることにより、転写媒体２０自体が発熱するため、転写媒体２０の表面に形成された粒子パターン２を、一方の面（転写媒体２０の側）から確実に加熱・溶融させることができる。また、転写媒体２０全体を発熱させることなく、電磁波により渦電流を発生させる部位に集中して発熱させることができるため、より効果的に加熱・溶融を行うことができる。
【００９０】
また、ヒートローラー６１によって、ヒートローラー６１および転写媒体２０の双方が発熱し、粒子パターン２は表裏両面から加熱されるため、より効果的に加熱・溶融を行うことができる。また、この表裏同時加熱は、ヒートローラー６１の加熱エネルギーをより大きく構成することが容易であり、ヒートローラー６１に接する粒子パターン２の面（他方の面）をより効果的に溶融させることができる。粒子パターン２の他方の面は、先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン３の表層部分に積層する当接面であるため、この冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン３の表層部分を再溶解させながら積層させることなど、より効果的に転写・積層を行うことができる。
【００９１】
また、吐出ヘッド１０は、第１電極７１と、吐出口１２２と、樹脂粒子１を帯電させる帯電機構と、帯電した樹脂粒子１を第１電極７１の表面に並べ、所定の厚さに帯電樹脂粒子層１Ｌを形成する帯電樹脂粒子層形成機構と、第１電極７１を移動して帯電樹脂粒子層１Ｌを吐出口１２２に搬送する搬送機構とを備えている。
つまり、樹脂粒子１が吐出される吐出口１２２に、所定の厚さの帯電樹脂粒子層１Ｌとして形成された樹脂粒子１が供給される。
【００９２】
また、吐出ヘッド１０は、吐出口１２２に備えられた第３電極７３を備え、転写媒体２０は、吐出口１２２に対向し相対移動可能に設けられ、第２電極７２を構成している。吐出口１２２に移動した第１電極７１と、この第１電極７１と第２電極７２との間に位置する第３電極７３とで形成する電界により、帯電樹脂粒子層１Ｌに含まれる樹脂粒子１を電界加速して吐出口１２２から吐出し、第３電極７３と第２電極７２とで形成する電界により、吐出された樹脂粒子１を第２電極７２に到達させることにより転写媒体２０の表面に粒子パターン２を形成する。
【００９３】
つまり、所定の厚さの帯電樹脂粒子層１Ｌとして第１電極７１の表面に並ぶ樹脂粒子１が、第１電極７１と吐出口１２２に備えられた第３電極７３とで形成される電界によって電界加速され吐出される。電界加速される対象領域の樹脂粒子１が所定の厚さに並んでいるため、吐出される樹脂粒子１の量のバラツキが低減される。その結果、第３電極７３と第２電極７２とで形成する電界により、第２電極７２に到達する樹脂粒子１の量は一定の範囲にコントロールされる。すなわち、第２電極７２（転写媒体２０）に形成される粒子パターン２の厚みが一定の範囲にコントロールされる。
【００９４】
また、造形部４０は、転写媒体２０に対向し相対移動可能に設けられたステージ４１と、溶融パターン３を転写媒体２０からステージ４１に転写して積層する積層機構とを備えている。つまり、造形部４０は、厚みが一定の範囲にコントロールされた溶融パターン３を転写媒体２０からステージ４１に転写して積層し、積層構造体４を造形する。
以上のように、本実施形態による積層造形装置１００によれば、溶融パターン３が積層される積層構造体４の寸法がより高精度にコントロールされるため、より高精細・高精度の積層造形を行うことができる。
【００９５】
また、第３電極７３に印加する電圧（電位）を制御することにより、帯電樹脂粒子層１Ｌに含まれる樹脂粒子１を選択的に吐出して第２電極７２に到達させる。第３電極７３に印加する電圧を制御することで、樹脂粒子１の吐出制御（吐出の有無、吐出のタイミングなど）を行うことができ、次々と供給される帯電した樹脂粒子１を吐出制御しながら、吐出口１２２に対して相対移動する転写媒体２０に到達（付着）させることで、転写媒体２０の表面に樹脂粒子１による画像（粒子パターン２）を形成することができる。
【００９６】
また、色彩の異なる色材を有する複数の樹脂粒子１によって粒子パターン２を形成することで、彩色された積層構造体４を造形することができる。
【００９７】
また、転写媒体２０の回転移動とステージ４１の移動とが同期して転写媒体２０を軸回りに回転移動させながら、溶融パターン３をステージ４１あるいはステージ４１に先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン３の表層部分に押圧することで転写して積層する。転写媒体２０の回転移動とステージ４１の移動とが同期しているため、積層する溶融パターン３に発生する位置ズレを抑制することができる。
【００９８】
また、転写媒体２０は、円柱側面形状であり、溶融パターン３が転写されるステージ４１は平面である。造形部４０では、ステージ４１を転写媒体２０の方向に押圧しながら、転写媒体２０を軸回りに回転移動させることにより、転写媒体２０とステージ４１との押圧点を移動させ、溶融パターン３を、ステージ４１あるいはステージ４１に先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン３の表層部分に押圧しながら転写して積層する。溶融パターン３は、曲率分離されることで、よりスムーズに転写・積層させることができる。
【００９９】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。ここで、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略している。
【０１００】
（変形例１）
図９は、変形例１に係る積層造形装置１０１の構成を示す概念側面図である。
実施形態１では、図１に示すように、転写媒体２０は、円柱側面形状（ドラム状）に構成されているとして説明したが、この構成に限定するものではなく、図９に示す転写媒体９０のように環状ベルトの形状に構成されていても良い。
【０１０１】
転写媒体９０は、環状ベルトの形状に構成され、「積層機構」は、転写媒体９０をベルト駆動する第１移動機構と、転写媒体９０の環状ベルトの内側から押圧するローラー９１と、ステージ４１を、ローラー９１と転写媒体９０の環状ベルトとの接線方向および接線方向に交差する方向に移動する第２移動機構とを備えている。転写媒体９０のベルト駆動と、ステージ４１の移動とが同期して、転写媒体９０をベルト駆動させながら、ローラー９１により溶融パターン３をステージ４１あるいはステージ４１に先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン３の表層部分に押圧することで転写して積層する。
【０１０２】
また、平滑化部６０には、ヒートローラー６１との間に転写媒体９０の環状ベルトを挟んで配置されるローラー７０を備える。ヒートローラー６１は、ローラー７０との間で、粒子パターン２を押圧し、加熱するとともに溶融・平滑化して溶融パターン３を形成する。
【０１０３】
本変形例に係る積層造形装置１０１によれば、上述した実施形態での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
ローラー９１により押圧されたベルト（転写媒体９０）の表面に形成された溶融パターン３をステージ４１あるいはステージ４１に先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン３の表層部分に押圧することで転写して積層する構成のため、溶融パターン３が曲率分離されることで、よりスムーズに転写・積層させることができる。実施形態１の転写媒体２０は、ドラム状であり、溶融パターン３を押圧する曲率は、ドラムの径により決まっていたが、ローラー９１の半径（つまりは曲率）転写媒体９０（ベルト）の長さによらず、ベルト環内に入る大きさの範囲で、任意に設定することができる。その結果、溶融パターン３を曲率分離させるためにより効果的な径のローラー９１を利用することが可能となる。
【０１０４】
（変形例２）
実施形態１では、図２に示すように、吐出ヘッド１０が有する樹脂吐出部１２により樹脂粒子１を帯電させて吐出し、転写媒体２０の表面に粒子パターン２を形成する静電吐出方式で説明したが、この構成に限定するものではない。粒子パターン２の形成は、例えば、レーザープリンターで用いられている電子写真方式によるものでも良い。
具体的には、表面を一様に帯電させ電荷を付与した感光ドラムにレーザー光あるいはＬＥＤ光などをビーム状に選択的に照射して電荷を消失させることで潜像を形成し、この潜像部分に静電気力で樹脂粒子を付着させる方法である。
【０１０５】
本変形例によれば、粒子パターン２を電子写真方式により形成した場合であっても、溶融パターン３が厚み方向に、より均一に高精度で積層され、また、よりスムーズに転写・積層させることができるため、より高精細・高精度な積層構造体を造形することができる。
【０１０６】
（変形例３）
樹脂粒子１は、導電材を有していても良い。樹脂粒子１が導電材を有することにより、転写媒体２０を加熱する電磁加熱方式の「ヒーター部」によって、転写媒体２０の加熱と同時に樹脂粒子１が有する導電材も発熱するため、樹脂粒子１をより効率的に溶融させることができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１…樹脂粒子、１Ｌ…帯電樹脂粒子層、２…粒子パターン、３…溶融パターン、４…積層構造体、１０…吐出ヘッド、１１…カートリッジ、１２…樹脂吐出部、２０…転写媒体、３０…溶融部、３１…メインヨーク、３２…バックヨーク、３３…コイル、４０…造形部、４１…ステージ、５０…クリーニング部、６０…平滑化部、６１…ヒートローラー、６２…熱源、６３…突き当てコロ、６４…支持部、６５…支持体、６６…サスペンション、６７…クリーナー、７０…ローラー、７１…第１電極、７２…第２電極、７３…第３電極、９０…転写媒体、９１…ローラー、１００…積層造形装置、１１１…筐体、１２１…搬送ローラー、１２２…吐出口、１２３…供給ローラー、１２５…規制ブレード、１２６…ヘッド筐体、１２７…ヘッドプレート、１３０…駆動回路。
【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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