(57)【要約】【課題】粉体像の転写効率が高く、立体像を高精度にかつ高速に形成することが可能な積層造形装置を提供する。【解決手段】中間転写ベルト２１は、ポリイミドフィルムからなる無端状ベルト基材２１ａと、シリコンゴムからなる弾性層２１ｂと、フッ素樹脂からなる離型層２１ｃとを有し、無端状ベルト基材２１ａと離型層２１ｃとの間に弾性層２１ｂを挟み込んだ３層構造のものである。このため、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを昇降ステージ２３ａのステージ面２３ａ1又はステージ面２３ａ1に以前に転写された最上層のカラーの粉体像Ｅiに重ね合わせて押圧したときには、弾性層２１ｂが中間転写ベルト２１上の粉体像Ｅiの凹凸の段差を吸収するように柔軟に変形して、中間転写ベルト２１上の粉体像Ｅiとステージ面２３ａ1又はその最上層の粉体像Ｅiとが均一に接触し、転写効率Ｑが向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、前記像担持体に帯電性粉体を静電吸着させてなる粉体像を形成する像形成部と、前記像担持体上の粉体像が転写されるステージとを備え、前記像担持体上の粉体像の形成及び前記像担持体から前記ステージへの前記粉体像の転写を繰り返して、複数の粉体像を前記ステージ上に積層して立体像を形成する積層造形装置であって、
前記像担持体は、該像担持体における前記粉体像の形成領域に設けられた弾性層を含む複層構造を有することを特徴とする積層造形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の積層造形装置であって、
前記複層構造は、前記弾性層と前記弾性層が広がる方向の該弾性層の伸縮を抑制する基層とを含むことを特徴とする積層造形装置。
【請求項３】
請求項２に記載の積層造形装置であって、
前記基層は、前記弾性層よりも弾性変形し難い材料からなることを特徴とする積層造形装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の積層造形装置であって、
前記複層構造は、前記粉体像に接触する離型層を含み、前記弾性層を前記基層と前記離型層との間に挟み込んだことを特徴とする積層造形装置。
【請求項５】
請求項４に記載の積層造形装置であって、
前記離型層は、フッ素樹脂の層であることを特徴とする積層造形装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、
前記像担持体上の粉体像が前記ステージ又は該ステージに以前に転写された最上層の粉体像に圧接されて、前記像担持体から前記ステージへと該像担持体上の粉体像が転写されることを特徴とする積層造形装置。
【請求項７】
像担持体と、前記像担持体に帯電性粉体を静電吸着させてなる粉体像を形成する像形成部と、前記像担持体上の粉体像を加熱する加熱部と、前記像担持体上の粉体像が転写されるステージとを備え、前記像担持体上の粉体像の形成、前記加熱部による前記像担持体上の粉体像の加熱、及び前記像担持体から前記ステージへの前記粉体像の転写を繰り返して、複数の粉体像を前記ステージ上に積層して立体像を形成する積層造形装置であって、
前記像担持体上の加熱された粉体像が前記ステージ又は該ステージに以前に転写された最上層の粉体像に接触もしくは密着した状態で前記像担持体上の粉体像を冷却する冷却部を備えたことを特徴とする積層造形装置。
【請求項８】
請求項７に記載の積層造形装置であって、
前記ステージは、前記冷却部を内蔵することを特徴とする積層造形装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の積層造形装置であって、
前記ステージは、良熱伝導体からなることを特徴とする積層造形装置。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、
前記冷却部は、前記ステージの熱を該ステージの外側へと伝導する熱伝導体を有することを特徴とする積層造形装置。
【請求項１１】
像担持体と、前記像担持体に帯電性粉体を静電吸着させてなる粉体像を形成する像形成部と、前記像担持体上の粉体像を加熱する加熱部と、前記像担持体上の粉体像が転写されるステージとを備え、前記像担持体上の粉体像の形成、前記加熱部による前記像担持体上の粉体像の加熱、及び前記像担持体から前記ステージへの前記粉体像の転写を繰り返して、複数の粉体像を前記ステージ上に積層して立体像を形成する積層造形装置であって、
前記ステージを前記像担持体に対して接離する方向に移動させる移動部を備え、
前記移動部により前記ステージが前記像担持体に接近する方向に移動されて、前記像担持体上の加熱された粉体像が前記ステージ又は該ステージに以前に転写された最上層の粉体像に接触もしくは密着した状態となり、前記像担持体上の粉体像が冷却された後に、前記移動部により前記ステージが前記像担持体から離間する方向に移動されることを特徴とする積層造形装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の積層造形装置であって、
前記像担持体上の粉体像の温度又は前記温度の近似値を測定する温度測定部を備えたことを特徴とする積層造形装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の積層造形装置であって、
前記移動部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記温度測定部により測定された前記像担持体上の粉体像の温度又は前記温度の近似値に基づき前記移動部を制御して、前記ステージを前記像担持体から離間する方向に移動させることを特徴とする積層造形装置。
【請求項１４】
弾性層を含む複層構造を有する像担持体に帯電性粉体を静電吸着させてなる粉体像を形成する像形成ステップと、
前記像担持体上の粉体像を加熱する加熱ステップと、
ステージを前記像担持体に接近する方向に移動させて、前記像担持体上の加熱された粉体像を前記ステージ又は該ステージに以前に転写された最上層の粉体像に接触もしくは密着させる接触ステップと、
前記ステージを前記像担持体から離間する方向に移動させて、前記像担持体上の粉体像を該像担持体から前記ステージへと転写させる転写ステップとを含み、
前記像形成ステップ、前記加熱ステップ、前記接触ステップ、及び前記転写ステップを含む一連の処理を繰り返すことで、複数の粉体像を前記ステージ上に積層して立体像を形成することを特徴とする積層造形方法。
【請求項１５】
像担持体に帯電性粉体を静電吸着させてなる粉体像を形成する像形成ステップと、
前記像担持体上の粉体像を加熱する加熱ステップと、
ステージを前記像担持体に接近する方向に移動させて、前記像担持体上の加熱された粉体像を前記ステージ又は該ステージに以前に転写された最上層の粉体像に接触もしくは密着させる接触ステップと、
前記像担持体上の粉体像が前記ステージ又は該ステージに以前に転写された最上層の粉体像に接触もしくは密着した状態で前記像担持体上の粉体像を冷却する冷却ステップと、
前記ステージを前記像担持体から離間する方向に移動させて、前記像担持体上の粉体像を該像担持体から前記ステージへと転写させる転写ステップとを含み、
前記像形成ステップ、前記加熱ステップ、前記接触ステップ、前記冷却ステップ、及び前記転写ステップを含む一連の処理を繰り返すことで、複数の粉体像を前記ステージ上に積層して立体像を形成することを特徴とする積層造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電性粉体からなる粉体像を繰り返し積層することにより立体像を形成する積層造形装置及び積層造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、樹脂や金属といった材料を少しずつ積層しながら固めて、立体像を形成する積層造形装置、所謂３Ｄプリンタが脚光を集めている。現在、実用化されている３Ｄプリンタの方式としては、大きく分類して次の５つの方式がある。
【０００３】
(1) 熱溶解積層法  プリンタヘッドを移動させつつ、プリンタヘッドから加熱溶融された熱可塑性樹脂（ＡＢＳ、ＰＣ等）を押し出してステージ上に積層し、立体像を形成する方式。材料の樹脂としては糸状又は繊維状のものを用いており、この樹脂を加熱溶解しながら押し出して積層する。
【０００４】
(2) 光学造形法  液体状の光硬化性樹脂をプールに満たし、光硬化性樹脂の液面より僅かに低い位置にステージを配置して、ステージ上の光硬化性樹脂の層にレーザービームを照射して、この層を部分的に硬化させ、ステージを一層分だけ下降させてから、光硬化性樹脂の次の層にレーザービームを照射して、次の層を部分的に硬化させ、このようなレーザービームの照射とステージの下降とを繰り返して、複数層の硬化部分をステージ上に積層してなる立体像を形成する方式。
【０００５】
(3) インクジェット法  ステージを移動させつつ、インクジェットヘッドからステージ上に紫外線硬化性の樹脂を噴出して、紫外線を照射することでステージ上の紫外線硬化性の樹脂を硬化させる。次に、ステージを一段（一層分だけ）下降させてから、先程と同様にインクジェットヘッドから樹脂を噴出して、紫外線を照射しステージ上の樹脂を硬化させる。このような樹脂の噴出硬化とステージの下降とを繰り返して、立体像をステージ上に形成する方式。
【０００６】
(4) 粉末造形法
石膏等の粉末からなる均一な厚みの層をステージ上に形成し、インクジェットヘッドからステージへと接着剤を噴出して、その層を部分的に硬化させ、ステージを一層分だけ下降させてから、粉末からなる次の層をステージ上に形成し、インクジェットヘッドからステージへと接着剤を噴出して、次の層を部分的に硬化させ、このような粉末からなる層の形成、接着剤の噴出硬化、及びステージの下降を繰り返して、立体像をステージ上に形成する方式。未硬化部分の粉末は、後で除去される。
【０００７】
(5) 粉末焼結積層造形法
チタン合金やニッケル合金等の金属の粉末からなる均一な厚みの層をステージ上に形成し、レーザービームや電子ビームをステージ上の層に照射して、その層を部分的に焼結させ、ステージを一層分だけ下降させてから、粉末からなる次の層をステージ上に形成し、レーザービームや電子ビームを照射して、次の層を部分的に焼結させ、このような粉末からなる層の形成、レーザービームや電子ビームの照射、及びステージの下降を繰り返して、立体像をステージ上に形成する方式。未焼結の粉末は、後で除去される。
【０００８】
ところで、(1) 熱溶解積層法、(3) インクジェット法、(4) 粉末造形法では、プリントヘッドやインクジェットヘッドを往復移動させるため、造形速度が遅いという課題がある。また、(2) 光学造形法では、光硬化性樹脂の液面が安定するまでの時間が長く、かつ光硬化性樹脂の硬化に長い時間が費やされるため、造形速度が遅いという課題がある。更に、(4) 粉末造形法では、材料が石膏で接着材で硬化させる方式なので、造形物の強度が弱いという課題がある。また、(5) 粉末焼結積層造形法では、樹脂材料に対応できず、消費エネルギーが大きいという課題がある。更に、いずれの方式においても、一層の厚さが５０〜２００μｍと厚いため、立体像の表面がざらざらした仕上がりになってしまうという共通の課題がある。
【０００９】
一方、引用文献１、２には、周知の電子写真の技術を応用した積層造形装置が開示されている。この引用文献１、２に開示されている積層造形装置では、静電潜像を誘電体表面に形成する工程と、誘電体表面の静電潜像を帯電性粉体で現像して、誘電体表面に粉体像を形成する工程と、粉体像を誘電体表面から中間転写体に転写する工程と、粉体像を加熱して溶融又は軟化させる工程と、粉体像を中間転写体からステージへと転写する工程とを有し、これらの工程を繰り返すことで、複数の粉体像を積層してなる立体像をステージ上に形成している。
【００１０】
このような電子写真の技術を応用した方法では、消費エネルギーが比較的小さく、立体像を高速で形成することができる。また、直径１０μｍ程度の微粒子の集合からなる帯電性粉体を使用することから一層の厚さが１０μｍ程度と薄く、強度が高くて表面の仕上がりが良好な立体像を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−２０７１９４号公報
【特許文献２】特開２００２−３４７１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、ステージの表面及びステージに以前に転写された最上層の粉体像の表面には、微小な凹凸が存在する。このため、誘電体ベルト表面の粉体像がステージ又はその最上層の粉体像に重ね合わせられたときに、誘電体ベルト表面の粉体像とステージ又はその最上層の粉体像との間の接触状態にムラが生じる。
【００１３】
また、引用文献１には、粉体像が転写される中間転写体として、ポリイミドフィルムの表面にシリコーン樹脂を離型剤として塗布した誘電体ベルトが挙げられている。しかしながら、ポリイミドは、その弾性率が高くて、弾性変形し難い。このため、誘電体ベルト表面の粉体像がステージ又はステージに以前に転写された最上層の粉体像に重ね合わせられたときに、誘電体ベルトがステージの表面又はその最上層の粉体像の表面の微小な凹凸の段差を吸収するようには弾性変形せず、よって誘電体ベルト表面の粉体像とステージ又はその最上層の粉体像との接触状態のムラが解消されることはなく、これが原因となって、誘電体ベルトからステージへの粉体像の転写効率Ｑが低下した。
【００１４】
また、引用文献２には、中間転写体として、変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビリニデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックからなるフィルムの表面に、フッ素コーティングを施した２層構造のシームレスベルトが挙げられている。
【００１５】
しかしながら、そのようなシームレスベルトも、引用文献１の誘電体ベルトと同様に、弾性変形し難く、このためにシームレスベルト表面の粉体像とステージ又はステージに以前に転写された最上層の粉体像との間の接触状態にムラが生じ、シームレスベルトからステージへの粉体像の転写効率Ｑが低下した。
【００１６】
更に、引用文献２には、中間転写体として、シリコンゴム或いはウレタンゴム等からなる単層構造のゴムベルトが挙げられている。このようなゴムベルトは、弾性率が低くて、弾性変形し易い。このため、ゴムベルト表面の粉体像がステージ又はステージに以前に転写された最上層の粉体像に重ね合わせられたときには、ゴムベルトがそれらの微小な凹凸の段差を吸収するように弾性変形して、ゴムベルト表面の粉体像とステージ又はその最上層の粉体像との間の接触状態が均一化される。
【００１７】
しかしながら、このように接触状態が均一化されても、ゴムベルトからステージへの粉体像の転写のときには加熱溶融した粉体像に対するゴムベルトの離型性が悪く、これが原因となって、ゴムベルトからステージへの粉体像の転写効率Ｑが低下した。
【００１８】
また、ゴムベルトの伸縮量が大きく、ゴムベルトの移動方向に該ゴムベルトが伸縮したり、ゴムベルトが蛇行したりすることがあり、このようなゴムベルトの移動方向の伸縮や蛇行に伴い、ゴムベルト表面の粉体像とステージとの位置合わせ精度が低下し、ステージ上に形成される立体像の精度が低下した。
【００１９】
更に、弾性率が高いポリイミドフィルム等の場合は、ベルトを張架するローラ端部にカラーを設けて、ベルトの端部をカラーに当接させたり、ベルトの裏面側端部にビードを設け、ベルトのビードをガイドしたりすることにより、ベルトの蛇行を抑制することが可能であるが、ゴムベルトの場合は、その弾性率が低いため、カラーやビードによるベルトの蛇行の抑制を効果的に行うことができず、これもゴムベルト表面の粉体像とステージとの位置合わせ精度の低下の原因となった。
【００２０】
また、従来の積層造形装置では、カラーの立体像及びモノクロの立体像を選択的に形成することができず、この点での利便性の向上が望まれていた。
【００２１】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、粉体像の転写効率が高く、立体像を高精度にかつ高速に形成することが可能な積層造形装置及び積層造形方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の積層造形装置は、像担持体と、前記像担持体に帯電性粉体を静電吸着させてなる粉体像を形成する像形成部と、前記像担持体上の粉体像が転写されるステージとを備え、前記像担持体上の粉体像の形成及び前記像担持体から前記ステージへの前記粉体像の転写を繰り返して、複数の粉体像を前記ステージ上に積層して立体像を形成する積層造形装置であって、前記像担持体は、該像担持体における前記粉体像の形成領域に設けられた弾性層を含む複層構造を有している。
【００２３】
このような本発明の積層造形装置では、像担持体は、該像担持体における粉体像の形成領域に設けられた弾性層を含む複層構造を有している。この像担持体の弾性層が弾性変形することから、像担持体上の粉体像をステージ又はステージに以前に転写された最上層の粉体像に重ね合わせたときには、弾性層がステージの表面又はその最上層の粉体像の表面の微小な凹凸の段差を吸収するように柔軟に変形して、像担持体上の粉体像とステージ又はその最上層の粉体像とが均一に接触し、像担持体からステージへの粉体像の転写効率が向上する。
【００２４】
また、像担持体の複層構造により、弾性層が広がる方向の該弾性層の伸縮を抑制することが可能であり、弾性層の伸縮が原因となって、像担持体上の粉体像とステージとの位置合わせ精度が低下することはなく、立体像をステージ上に高精度で形成することができる。
【００２５】
更に、像担持体の複層構造により該像担持体の弾性率を高くすることが可能である。従って、像担持体としてベルト状のものを適用した場合は、ベルトを張架するローラ端部にカラーを設けて、ベルトの端部をカラーに当接させたり、ベルトの裏面側端部にビードを設けて、ベルトのビードをガイドしたりすることにより、ベルトの蛇行を抑制することが可能である。このため、ベルトの蛇行が原因となって、像担持体上の粉体像とステージとの位置合わせの精度やステージ上に形成される立体像の精度が低下することはない。
【００２６】
また、本発明の積層造形装置においては、前記複層構造は、前記弾性層と前記弾性層が広がる方向の該弾性層の伸縮を抑制する基層とを含んでいる。あるいは、前記基層は、前記弾性層よりも弾性変形し難い材料からなる。
【００２７】
このような基層は、像担持体の弾性層が広がる方向の該弾性層の伸縮を確実に抑制することができる。
【００２８】
更に、本発明の積層造形装置においては、前記複層構造は、前記粉体像に接触する離型層を含み、前記弾性層を前記基層と前記離型層との間に挟み込んでいる。
【００２９】
このような離型層を像担持体に設けることにより、粉体像を離型層から剥がすことが容易になり、像担持体からステージへの粉体像の転写効率が向上する。
【００３０】
また、本発明の積層造形装置においては、前記離型層は、フッ素樹脂の層である。
【００３１】
このフッ素樹脂の離型層は、離型性が高い。また、離型層の厚さを薄くすることができ、離型層が弾性層と共に容易に弾性変形するので、弾性層の変形による効果、すなわち弾性層がステージの表面又はステージに以前に転写された最上層の粉体像の表面の微小な凹凸の段差を吸収するように柔軟に変形して、像担持体上の粉体像とステージ又はその最上層の粉体像とが均一に接触し、像担持体からステージへの粉体像の転写効率が向上するという効果が損なわれることはない。
【００３２】
更に、本発明の積層造形装置においては、前記像担持体上の粉体像が前記ステージ又は該ステージに以前に転写された最上層の粉体像に圧接されて、前記像担持体から前記ステージへと該像担持体上の粉体像が転写される。
【００３３】
このように像担持体上の粉体像がステージ又はステージに以前に転写された最上層の粉体像に圧接される場合は、その圧接圧力により、弾性層がステージの表面又はステージに以前に転写された最上層の粉体像の表面の微小な凹凸の段差を吸収するように柔軟に変形して、像担持体上の粉体像とステージ又はその最上層の粉体像とが均一に接触し、像担持体からステージへの粉体像の転写効率が向上する。
【００３４】
次に、本発明の積層造形装置は、像担持体と、前記像担持体に帯電性粉体を静電吸着させてなる粉体像を形成する像形成部と、前記像担持体上の粉体像を加熱する加熱部と、前記像担持体上の粉体像が転写されるステージとを備え、前記像担持体上の粉体像の形成、前記加熱部による前記像担持体上の粉体像の加熱、及び前記像担持体から前記ステージへの前記粉体像の転写を繰り返して、複数の粉体像を前記ステージ上に積層して立体像を形成する積層造形装置であって、前記像担持体上の加熱された粉体像が前記ステージ又は該ステージに以前に転写された最上層の粉体像に接触もしくは密着した状態で前記像担持体上の粉体像を冷却する冷却部を備えている。
【００３５】
このような構成の積層造形装置によれば、像担持体上の粉体像は、加熱されて溶融又は軟化してから、ステージ又はステージに以前に転写された最上層の粉体像に接触もしくは密着した状態になる。そして、この状態で、冷却部により像担持体上の粉体像が直ちに冷却されて固化するので、像担持体上の粉体像がステージ又はその最上層の粉体像に速やかに接着される。これにより、像担持体からステージへの粉体像の転写効率が向上する。
【００３６】
また、本発明の積層造形装置においては、前記ステージは、前記冷却部を内蔵している。
【００３７】
この場合は、ステージと冷却部とが兼用され、積層造形装置の小型化及び低価格化を図ることができる。
【００３８】
更に、本発明の積層造形装置においては、前記ステージは、良熱伝導体からなる。
【００３９】
この場合は、加熱されて溶融又は軟化した像担持体上の粉体像がステージ又はステージに以前に転写された最上層の粉体像に接触もしくは密着した状態になると、像担持体上の粉体像の熱が良熱伝導体のステージへと速やかに伝導して放熱され、像担持体上の粉体像が速やかに固化する。良熱伝導体としては、金属等がある。
【００４０】
また、本発明の積層造形装置においては、前記冷却部は、前記ステージの熱を該ステージの外側へと伝導する熱伝導体を有している。
【００４１】
この場合は、加熱されて溶融又は軟化した像担持体上の粉体像がステージ又はステージに以前に転写された最上層の粉体像に接触もしくは密着した状態になると、像担持体上の粉体像の熱がステージ及び熱伝導体を通じて該ステージの外部へと速やかに伝導して放熱され、像担持体上の粉体像が速やかに固化する。熱伝導体としては、ヒートパイプ等がある。
【００４２】
次に、本発明の積層造形装置は、像担持体と、前記像担持体に帯電性粉体を静電吸着させてなる粉体像を形成する像形成部と、前記像担持体上の粉体像を加熱する加熱部と、前記像担持体上の粉体像が転写されるステージとを備え、前記像担持体上の粉体像の形成、前記加熱部による前記像担持体上の粉体像の加熱、及び前記像担持体から前記ステージへの前記粉体像の転写を繰り返して、複数の粉体像を前記ステージ上に積層して立体像を形成する積層造形装置であって、前記ステージを前記像担持体に対して接離する方向に移動させる移動部を備え、前記移動部により前記ステージが前記像担持体に接近する方向に移動されて、前記像担持体上の加熱された粉体像が前記ステージ又は該ステージに以前に転写された最上層の粉体像に接触もしくは密着した状態となり、前記像担持体上の粉体像が冷却された後に、前記移動部により前記ステージが前記像担持体から離間する方向に移動される。
【００４３】
このような構成の積層造形装置によれば、像担持体上の粉体像は、加熱されて溶融又は軟化してから、ステージ又はステージに以前に転写された最上層の粉体像に接触もしくは密着した状態になる。そして、この状態で、像担持体上の粉体像が冷却されて固化するので、像担持体上の粉体像がステージ又はその最上層の粉体像に接着され、更にステージが像担持体から離間する方向に移動されると、粉体像が像担持体に残ることなくステージへと転写され、像担持体からステージへの粉体像の転写効率が向上する。
【００４４】
また、本発明の積層造形装置においては、前記像担持体上の粉体像の温度又は前記温度の近似値を測定する温度測定部を備えている。
【００４５】
更に、本発明の積層造形装置においては、前記移動部を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記温度測定部により測定された前記像担持体上の粉体像の温度又は前記温度の近似値に基づき前記移動部を制御して、前記ステージを前記像担持体から離間する方向に移動させる。
【００４６】
この場合は、温度測定部により測定された像担持体上の粉体像の温度又は該温度の近似値が該粉体像の軟化点温度まで低下した後に、ステージを像担持体から離間する方向に移動させることができ、これにより像担持体からステージへの粉体像の転写を安定化させることができる。
【００４７】
次に、本発明の積層造形方法は、弾性層を含む複層構造を有する像担持体に帯電性粉体を静電吸着させてなる粉体像を形成する像形成ステップと、前記像担持体上の粉体像を加熱する加熱ステップと、ステージを前記像担持体に接近する方向に移動させて、前記像担持体上の加熱された粉体像を前記ステージ又は該ステージに以前に転写された最上層の粉体像に接触もしくは密着させる接触ステップと、前記ステージを前記像担持体から離間する方向に移動させて、前記像担持体上の粉体像を該像担持体から前記ステージへと転写させる転写ステップとを含み、前記像形成ステップ、前記加熱ステップ、前記接触ステップ、及び前記転写ステップを含む一連の処理を繰り返すことで、複数の粉体像を前記ステージ上に積層して立体像を形成している。
【００４８】
このような本発明の積層造形方法では、像担持体上の粉体像をステージ又はステージに以前に転写された最上層の粉体像に重ね合わせたときに、弾性層がステージの表面又はステージに以前に転写された最上層の粉体像の表面の微小な凹凸の段差を吸収するように柔軟に変形して、像担持体上の粉体像とステージ又はその最上層の粉体像とが均一に接触もしくは密着し、像担持体からステージへの粉体像の転写効率が向上する。また、像担持体の複層構造により、弾性層が広がる方向の該弾性層の伸縮を抑制することが可能であり、弾性層の伸縮が原因となって、像担持体上の粉体像とステージとの位置合わせ精度が低下することはなく、ステージ上に形成される立体像を高精度で形成することができる。
【００４９】
また、像担持体上の粉体像は、加熱されて溶融又は軟化してから、ステージ又はステージに以前に転写された最上層の粉体像に接触もしくは密着した状態になる。そして、この状態で像担持体上の粉体像が冷却されて固化するので、像担持体上の粉体像がステージ又はその最上層の粉体像に接着され、更にステージが像担持体から離間する方向に移動されると、粉体像が像担持体に残ることなくステージへと転写され、像担持体からステージへの粉体像の転写効率が向上する。
【００５０】
また、本発明の積層造形方法は、像担持体に帯電性粉体を静電吸着させてなる粉体像を形成する像形成ステップと、前記像担持体上の粉体像を加熱する加熱ステップと、ステージを前記像担持体に接近する方向に移動させて、前記像担持体上の加熱された粉体像を前記ステージ又は該ステージに以前に転写された最上層の粉体像に接触もしくは密着させる接触ステップと、前記像担持体上の粉体像が前記ステージ又は該ステージに以前に転写された最上層の粉体像に接触もしくは密着した状態で前記像担持体上の粉体像を冷却する冷却ステップと、前記ステージを前記像担持体から離間する方向に移動させて、前記像担持体上の粉体像を該像担持体から前記ステージへと転写させる転写ステップとを含み、前記像形成ステップ、前記加熱ステップ、前記接触ステップ、前記冷却ステップ、及び前記転写ステップを含む一連の処理を繰り返すことで、複数の粉体像を前記ステージ上に積層して立体像を形成している。
【００５１】
このような本発明の積層造形方法では、像担持体上の粉体像は、加熱されて溶融又は軟化してから、ステージ又はステージに以前に転写された最上層の粉体像に接触もしくは密着した状態になる。そして、この状態で像担持体上の粉体像が冷却されて固化するので、像担持体上の粉体像がステージ又はその最上層の粉体像に接着され、更にステージが像担持体から離間する方向に移動されると、粉体像が像担持体に残ることなくステージへと転写され、像担持体からステージへの粉体像の転写効率が向上する。
【発明の効果】
【００５２】
本発明では、像担持体は、該像担持体における粉体像の形成領域に設けられた弾性層を含む複層構造を有している。この像担持体の弾性層が弾性変形することから、像担持体上の粉体像をステージ又はステージに以前に転写された最上層の粉体像に重ね合わせたときには、弾性層がステージの表面又はステージに以前に転写された最上層の粉体像の表面の微小な凹凸の段差を吸収するように柔軟に変形して、像担持体上の粉体像とステージ又はその最上層の粉体像とが均一に接触し、像担持体からステージへの粉体像の転写効率が向上する。
【００５３】
また、像担持体の複層構造により、弾性層が広がる方向の該弾性層の伸縮を抑制することが可能であり、弾性層の伸縮が原因となって、像担持体上の粉体像とステージとの位置合わせ精度が低下することはなく、立体像をステージ上に高精度で形成することができる。
【００５４】
更に、像担持体の複層構造により該像担持体の弾性率を高くすることが可能である。従って、像担持体としてベルト状のものを適用した場合は、ベルトを張架するローラ端部にカラーを設けて、ベルトの端部をカラーに当接させたり、ベルトの裏面側端部にビードを設けて、ベルトのビードをガイドしたりすることにより、ベルトの蛇行を抑制することが可能である。このため、ベルトの蛇行が原因となって、像担持体上の粉体像とステージとの位置合わせの精度やステージ上に形成される立体像の精度が低下することはない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の積層造形装置の第１実施形態を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の積層造形装置における中間転写ベルトを示す断面図である。
【図３】図１の積層造形装置における面状ヒーターを示す断面図である。
【図４】図１の積層造形装置における転写ユニットの制御系を示すブロック図である。
【図５】第１実施形態の積層造形装置及び比較例の装置を用いた実験例１の結果を整理して示す図表である。
【図６】第２実施形態の積層造形装置における転写ユニットの転写部を概略的に示す断面図である。
【図７】図６の転写ユニットの制御系を示すブロック図である。
【図８】第３実施形態の積層造形装置における転写ユニットの転写部を概略的に示す断面図である。
【図９】第２実施形態の積層造形装置、第３実施形態の積層造形装置、及び比較例の装置を用いた実験例２の結果を整理して示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００５７】
［第１実施形態］図１は、本発明の積層造形装置の第１実施形態を概略的に示す断面図である。この第１実施形態の積層造形装置１は、カラーの立体像Ｆを形成する所謂３Ｄ（３次元）プリンタであり、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ホワイト（Ｗ）、及び透明（Ｔ）という５色の粉体像をそれぞれ形成する５つの像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｗ、１０Ｔと、各色の粉体像を重ね合わせてカラーの粉体像Ｅiを形成し、複数のカラーの粉体像Ｅiを繰り返し積層して立体像Ｆを形成する転写ユニット２０とを備えている。
【００５８】
各像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｗ、１０Ｔのいずれも、感光体ドラム１１を転写ユニット２０の中間転写ベルト２１に接する位置に配置し、感光体ドラム１１の周囲に帯電器１２、レーザービーム照射部１３、現像器１４、１次転写ローラ１５、クリーナー１６、及び除電部１７を配置して構成される。
【００５９】
また、感光体ドラム１１と１次転写ローラ１５との間に転写ユニット２０の中間転写ベルト２１を挟み込み、１次転写ローラ１５により中間転写ベルト２１を感光体ドラム１１の表面に圧接している。そして、感光体ドラム１１を回転させて、感光体ドラム１１の周速を、矢印方向Ａに周回移動される中間転写ベルト２１の周速と概ね同一に設定している。
【００６０】
また、各像形成ユニット１０Ｙ〜１０Ｔの現像器１４には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ホワイト（Ｗ）、及び透明（Ｔ）の帯電性粉体Ｅがそれぞれ収容されている。帯電性粉体Ｅは、顔料からなる着色剤を添加したポリエステルやスチレンアクリル等の熱可塑性樹脂を粉体にしたものであり、必要に応じて帯電制御剤（ＣＣＡ）を添加してもよい。また、現像性や転写性を向上させるために、シリカ等からなる外添剤を添加してもよい。帯電性粉体Ｅの一例として、顔料及び帯電制御剤を軟化点温度１２０℃のポリエステル樹脂に添加して混練した後、このポリエステル樹脂を平均粒径７μｍに粉砕した粉体を挙げることができる。更に、粒径７ｎｍのシリカからなる外添剤を添加してもよい。
【００６１】
ここで、各像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｗ、１０Ｔにおいては、感光体ドラム１１の回転に伴い、帯電器１２により感光体ドラム１１表面を均一に帯電し（例えば−６００Ｖに帯電し）、レーザービーム照射部１３によりレーザービームの強度を変調しつつ、レーザービームを感光体ドラム１１表面に照射して、感光体ドラム１１表面に静電潜像を形成し、引き続いて現像器１４により帯電性粉体（例えば負極性に帯電した粉体）Ｅを感光体ドラム１１表面の静電潜像に付着させて、感光体ドラム１１表面に粉体像を形成し、粉体像とは逆極性のバイアス電圧（例えば＋１．５ｋＶのバイアス電圧）が印加された１次転写ローラ１５により感光体ドラム１１表面の粉体像を転写ユニット２０の中間転写ベルト２１上に転写する。
【００６２】
このとき、各像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｗ、１０Ｔの感光体ドラム１１表面に各色の粉体像を順次形成して、各色の粉体像を中間転写ベルト２１上に順次重ね合わせて転写する（１次転写）。これにより、中間転写ベルト２１上にカラーの粉体像Ｅiが形成される。
【００６３】
そして、中間転写ベルト２１の周回移動に伴い、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを転写ユニット２０の転写部２７へと搬送し、中間転写ベルト２１を一旦停止させて、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを中間転写ベルト２１から転写部２７の昇降ステージ２３ａのステージ面２３ａ1へと転写する（２次転写）。
【００６４】
次に、転写ユニット２０の構成を詳しく説明する。転写ユニット２０は、中間転写ベルト２１、駆動ローラ２２ａ、テンションローラ２２ｂ、転写部２７、及び各冷却ファン２５ａ、２５ｂを備えている。
【００６５】
中間転写ベルト２１は、駆動ローラ２２ａ及びテンションローラ２２ｂによって張架されており、駆動モータ（図示せず）により駆動ローラ２２ａを回転駆動して、中間転写ベルト２１を矢印方向Ａに周回移動させ、テンションローラ２２ｂを従動回転させる。
【００６６】
また、転写部２７は、ステージユニット２３及びヒーターユニット２４を有し、中間転写ベルト２１の矢印方向Ａで示す周回移動方向における像形成ユニット１０Ｙよりも下流側に配置されている。ステージユニット２３及びヒーターユニット２４は、中間転写ベルト２１の表面側及び裏面側に振り分けられて、中間転写ベルト２１を挟んで対向配置されている。
【００６７】
また、各冷却ファン２５ａ、２５ｂは、矢印方向Ａで示す周回移動方向における転写部２７よりも更に下流側に配置され、かつ中間転写ベルト２１を挟んで対向配置されている。
【００６８】
ここで、中間転写ベルト２１は、図２に示すような断面構造を有している。図２から明らかなように中間転写ベルト２１は、例えばポリイミドフィルムからなる周長５００ｍｍ、厚さ５０μｍの無端状ベルト基材２１ａと、無端状ベルト基材２１ａの外周面に形成されたシリコンゴムからなる厚さ３００μｍの弾性層２１ｂと、弾性層２１ｂの外周面に形成されたフッ素樹脂からなる厚さ３０μｍの離型層２１ｃとを有し、無端状ベルト基材２１ａと離型層２１ｃとの間に弾性層２１ｂを挟み込んだ３層構造のものである。
【００６９】
無端状ベルト基材２１ａの第一の役割は、中間転写ベルト２１の矢印方向Ａで示す周回移動方向及び弾性層２１ｂの広がり方向の伸縮を抑制して、これらの方向における中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiの位置精度を向上させ、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを昇降ステージ２３ａのステージ面２３ａ1に対して正確に位置決めすることにある。また、無端状ベルト基材２１ａの第二の役割は、中間転写ベルト２１の剛性を高くすることにある。中間転写ベルト２１の剛性を高くすると、駆動ローラ２２ａやテンションローラ２２ｂの端部にカラー（図示せず）を設け、中間転写ベルト２１の端部をそのカラーに当接させて、中間転写ベルト２１の蛇行を抑制することができる。あるいは、中間転写ベルト２１の裏面側端部にビード（図示せず）を設け、中間転写ベルト２１のビードをガイドして、中間転写ベルト２１の蛇行を抑制することができる。これにより、中間転写ベルト２１の周回移動方向と直交する方向（中間転写ベルト２１の幅方向）において、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiの位置精度を向上させ、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiをステージユニット２３の昇降ステージ２３ａのステージ面２３ａ1に対して正確に位置決めすることが可能になる。
【００７０】
また、弾性層２１ｂの役割は、中間転写ベルト２１からステージ面２３ａ1側への粉体像Ｅiの転写効率Ｑを向上させることにある。すなわち、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを昇降ステージ２３ａのステージ面２３ａ1又はステージ面２３ａ1に以前に転写された最上層のカラーの粉体像Ｅiに重ね合わせたときに、弾性層２１ｂの弾性変形により中間転写ベルト２１上の粉体像Ｅiとステージ面２３ａ1又はその最上層の粉体像Ｅiとを均一に接触させて、中間転写ベルト２１からステージ面２３ａ1側への粉体像Ｅiの転写効率Ｑを向上させる。
【００７１】
また、離型層２１ｃの役割は、中間転写ベルト２１に対する粉体像Ｅiの付着力を弱めて、離型層２１ｃからの粉体像Ｅiの剥離を容易にし、中間転写ベルト２１から昇降ステージ２３ａのステージ面２３ａ1側への粉体像Ｅiの転写効率Ｑを向上させることにある。
【００７２】
次に、図１に示すようにヒーターユニット２４は、面状ヒーター２４ａと、温度センサ２４ｂと、ヒーターホルダー２４ｃとを有している。面状ヒーター２４ａは、ヒーターホルダー２４ｃの下面に取り付けられて、中間転写ベルト２１の裏面と対向し、中間転写ベルト２１の裏面に対して接触もしくは近接配置されている。また、温度センサ２４ｂは、ヒーターホルダー２４ｃの下面中央の凹所に設けられて、中間転写ベルト２１とは反対側に向く面状ヒーター２４ａの上面に接触又は近接配置されている。
【００７３】
図３は、面状ヒーター２４ａを示す断面図である。図３に示すように面状ヒーター２４ａは、例えばガラスやセラミック等からなる厚さ２ｍｍの基板２４ａ1と、基板２４ａ1の下面に形成された銀パラジウムなどからなる厚さ５０μｍの発熱層２４ａ2と、発熱層２４ａ2の下面に形成されたガラスなどからなる厚さ３０μｍの絶縁層２４ａ3とを有し、基板２４ａ1、発熱層２４ａ2、及び絶縁層２４ａ3を順次重ね合わせた積層構造のものである。この面状ヒーター２４ａを、アルミなどの金属からなるヒーターホルダー２４ｃの下面に固定し、給電電極（図示せず）を通じて面状ヒーター２４ａの発熱層２４ａ2に電流を流すことで、ジュール熱を面状ヒーター２４ａに生じさせて、面状ヒーター２４ａを発熱させる。
【００７４】
温度センサ２４ｂは、例えばサーミスタであり、面状ヒーター２４ａの上面に接触又は近接配置されて、面状ヒーター２４ａの温度Ｋａを測定する。この温度センサ２４ｂにより測定された温度Ｋａが制御部（図示せず）にフィードバックされ、制御部により面状ヒーター２４ａの発熱層２４ａ2に流れる電流が制御されて、面状ヒーター２４ａの温度Ｋａが予め設定され転写温度Ｋｒに調節される。ここで、面状ヒーター２４ａ、中間転写ベルト２１、及びカラーの粉体像Ｅiが互いに重ね合わされた接触状態にあるときには、温度センサ２４ｂにより測定された温度Ｋａがカラーの粉体像Ｅiの温度に概ね等しい。従って、温度センサ２４ｂにより測定された温度Ｋａは、中間転写ベルト２１から昇降ステージ２３ａへと転写されるときのカラーの粉体像Ｅiの温度又は該温度の近似値（間接測定値）であるといえる。
【００７５】
また、ステージユニット２３は、昇降ステージ２３ａと、ベース部２３ｂと、圧力センサ２３ｃと、温度センサ２３ｄと、昇降駆動部２３ｅとを有している。昇降駆動部２３ｅは、ベース部２３ｂを支持して昇降させる。ベース部２３ｂの上面には、圧力センサ２３ｃを介して昇降ステージ２３ａが搭載されて固定されている。温度センサ２３ｄは、例えば熱電対であり、昇降ステージ２３ａのステージ面２３ａ1の中央の凹所に設けられて立体像Ｆの温度Ｋｂを測定する。
【００７６】
昇降ステージ２３ａは、例えばアルミニウム製の厚さ１０ｍｍの平板状のものであり、また温度センサ２３ｄは、立体像Ｆの温度Ｋｂを測定することができるようにステージ面２３ａ1の中央の凹所に設けられて立体像Ｆに接触又は近接配置される。
【００７７】
昇降駆動部２３ｅは、例えば電動アクチュエータを用いた周知のものであり、昇降ステージ２３を速度２０mm/sec程度で矢印方向Ｂに昇降させ、昇降ステージ２３ａを中間転写ベルト２１を介して面状ヒーター２４ａに押圧したり、昇降ステージ２３ａを中間転写ベルト２１から離間させたりする。圧力センサ２３ｃは、例えば日本キスラー株式会社製薄型力センサ（直径１２ｍｍ、高さ３ｍｍ、定格７ｋＮ）であり、中間転写ベルト２１と昇降ステージ２３ａとの間の圧力Ｊａを測定する。この圧力センサ２３ｃにより測定された圧力Ｊａが制御部（図示せず）にフィードバックされ、制御部により昇降駆動部２３ｅが駆動制御されて、中間転写ベルト２１と昇降ステージ２３ａとの間の圧力Ｊａが予め設定された転写圧力Ｊｒに調節される。
【００７８】
また、各冷却ファン２５ａ、２５ｂは、例えば山洋電気製のＤＣファン（商品名「San Ace60」、サイズ６０ｍｍ×６０ｍｍ×１５ｍｍ、定格入力３．１２Ｗ）であり、中間転写ベルト２１を挟んで対向配置されている。中間転写ベルト２１の表側には、各冷却ファン２５ａが中間転写ベルト２１の幅方向（積層造形装置１の奥行き方向）に５個ずつ２列に並べて配置され、同様に中間転写ベルト２１の裏側にも、各冷却ファン２５ｂが中間転写ベルト２１の幅方向に５個ずつ２列に並べて配置されており、よって中間転写ベルト２１の表側に１０個の各冷却ファン２５ａが設けられ、中間転写ベルト２１の裏側にも１０個の各冷却ファン２５ｂが設けられ、合計２０個の各冷却ファン２５ａ、２５ｂが設けられている。
【００７９】
このような構成の積層造形装置１においては、先に述べたように各像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｗ、１０Ｔの感光体ドラム１１表面に各色の粉体像を順次形成して、各色の粉体像を中間転写ベルト２１上に順次重ね合わせて転写し（１次転写）、中間転写ベルト２１上にカラーの粉体像Ｅiを形成する。そして、中間転写ベルト２１の周回移動に伴い、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを転写ユニット２０の転写部２７へと搬送し、中間転写ベルト２１を一旦停止させる。
【００８０】
このとき、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiは、ヒーターユニット２４の面状ヒーター２４ａによる加熱及び面状ヒーター２４ａとステージユニット２３の昇降ステージ２３ａとの間での加圧が可能な２次転写領域Ｘに入って位置決めされる。この２次転写領域Ｘにおいては、ヒーターユニット２４の面状ヒーター２４ａの温度Ｋａを転写温度Ｋｒ（例えば帯電性粉体Ｅｉの軟化点温度１２０℃よりも高い１６０℃）まで上昇させ、面状ヒーター２４ａにより中間転写ベルト２１を加熱して、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiも加熱して溶融する。そして、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを加熱して溶融した状態で、ステージユニット２３の昇降駆動部２３ｅを駆動制御して、昇降ステージ２３ａを上昇させ、面状ヒーター２４ａと昇降ステージ２３ａとの間に中間転写ベルト２１並びにカラーの粉体像Ｅiを挟み込み、圧力センサ２３ｃにより測定された圧力Ｊａが転写圧力Ｊｒに到達すると、昇降ステージ２３ａの上昇を停止させる。これにより、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiが昇降ステージ２３ａのステージ面２３ａ1又はステージ面２３ａ1に以前に転写された最上層のカラーの粉体像Ｅiに重ね合わされて密着される。
【００８１】
こうして中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiがステージ面２３ａ1又はステージ面２３ａ1に以前に転写された最上層のカラーの粉体像Ｅiに密着した状態で、面状ヒーター２４ａによる加熱を停止すると、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiは、昇降ステージ２３ａへの熱伝導並びに雰囲気中への放熱により冷却されて固化し、ステージ面２３ａ1又はその最上層のカラーの粉体像Ｅiに接着する。
【００８２】
この後、ステージユニット２３の昇降駆動部２３ｅを駆動制御して、昇降ステージ２３ａを下降させて中間転写ベルト２１から離間させる。このとき、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiがステージ面２３ａ1又はステージ面２３ａ1に以前に転写された最上層のカラーの粉体像Ｅiに接着されていることから、カラーの粉体像Ｅiが中間転写ベルト２１から剥がれてステージ面２３ａ1又はその最上層のカラーの粉体像Ｅiに確実に転写される（２次転写）。
【００８３】
引き続いて、中間転写ベルト２１の矢印方向Ａへの周回移動が再開されて、面状ヒーター２４ａにより加熱された中間転写ベルト２１の加熱部分が各冷却ファン２５ａと各冷却ファン２５ｂとの間を通過する。そして、この通過のときに各冷却ファン２５ａ、２５ｂを駆動して、各冷却ファン２５ａ、２５ｂからの送風により中間転写ベルト２１の加熱部分を例えば３５℃以下の常温近くまで冷却する。
【００８４】
以降、各像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｗ、１０Ｔによる各色の粉体像の形成と、各色の粉体像を中間転写ベルト２１上に重ね合わせてなるカラーの粉体像Ｅiの形成と、中間転写ベルト２１から昇降ステージ２３ａのステージ面２３ａ1側へのカラーの粉体像Ｅiの転写とからなる一連の処理を複数回繰返して、複数のカラーの粉体像Ｅiをステージ面２３ａ1に積層し、カラーの立体像Ｆを形成する。
【００８５】
また、カラーの立体像Ｆの元となる立体像を示す３Ｄデータを用いて、元となる立体像を複数層に切断したときに形成される複数のカラー断面像を求め、これらのカラー断面像をそれぞれのカラーの粉体像Ｅiとして各像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｗ、１０Ｔにより中間転写ベルト２１上に逐次形成し、各カラーの粉体像Ｅiを昇降ステージ２３ａのステージ面２３ａ1に順次積層して、元となる立体像に対応するカラーの立体像Ｆを形成する。
【００８６】
図４は、積層造形装置１における転写ユニット２０の制御系の構成を示すブロック図である。図４において、制御部３１は、転写ユニット２０を統括的に制御するものである。駆動モータ３２は、ギアユニット（図示せず）を通じて、中間転写ベルト２１の駆動ローラ２２ａを回転駆動し、中間転写ベルト２１を矢印方向Ａに周回移動させる。位置センサ３３は、２次転写領域Ｘに配置され、中間転写ベルト２１の矢印方向Ａへの周回移動に伴い、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiが２次転写領域Ｘに到達したことを検出する。例えば、各像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｗ、１０Ｔの少なくとも１つによりカラーの粉体像Ｅiの位置を示す指標を中間転写ベルト２１の上に形成し、位置センサ３３によりその指標を検出して、カラーの粉体像Ｅiが２次転写領域Ｘに到達したことを検出する。
【００８７】
ここで、制御部３１は、駆動モータ３２を駆動制御して、中間転写ベルト２１を一定速度で矢印方向Ａに周回移動させ、位置センサ３３の検出出力に応答して駆動モータ３２を停止させ、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを２次転写領域Ｘに位置決めする。そして、制御部３１は、温度センサ２４ｂにより測定された面状ヒーター２４ａの温度Ｋａが転写温度Ｋｒまで上昇するように面状ヒーター２４ａの発熱層２４ａ2に流れる電流を制御して、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを加熱して溶融させる。引き続いて、制御部３１は、ステージユニット２３の昇降駆動部２３ｅを駆動制御して、昇降ステージ２３ａを上昇させて、面状ヒーター２４ａと昇降ステージ２３ａとの間に中間転写ベルト２１並びにカラーの粉体像Ｅiを挟み込み、圧力センサ２３ｃにより測定された圧力Ｊａが転写圧力Ｊｒに到達すると、昇降ステージ２３ａの上昇を停止させる。これにより、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiがステージ面２３ａ1又はステージ面２３ａ1に以前に転写された最上層のカラーの粉体像Ｅiに重ね合わされて密着される。
【００８８】
更に、制御部３１は、面状ヒーター２４ａによる加熱を停止して、温度センサ２４ｂにより測定された面状ヒーター２４ａの温度Ｋａが帯電性粉体Ｅの軟化点温度近傍（又は軟化点温度よりも低い温度）の剥離温度Ｋｓまで低下すると、ステージユニット２３の昇降駆動部２３ｅを駆動制御して、昇降ステージ２３ａを下降させて中間転写ベルト２１から離間させ、カラーの粉体像Ｅiを中間転写ベルト２１からステージ面２３ａ1へと転写させる。
【００８９】
この後、制御部３１は、駆動モータ３２を再び駆動制御して、中間転写ベルト２１を一定速度で矢印方向Ａに周回移動させ、面状ヒーター２４ａにより加熱された中間転写ベルト２１の加熱部分が各冷却ファン２５ａと各冷却ファン２５ｂとの間を通過するタイミングで、各冷却ファン２５ａ、２５ｂを駆動制御して、中間転写ベルト２１の加熱部分を常温近くまで冷却する。
【００９０】
次に、第１実施形態の積層造形装置１の作用並びに効果を整理して説明する。まず、ステージ面２３ａ1及びステージ面２３ａ1に以前に転写された最上層のカラーの粉体像Ｅiの表面には、微小な凹凸が生じている。この微小な凹凸は、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiとステージ面２３ａ1又はその最上層のカラーの粉体像Ｅiとの間の接触状態にムラを生じさせて、中間転写ベルト２１からステージ面２３ａ1側へのカラーの粉体像Ｅiの転写効率Ｑを低下させる原因となり得る。
【００９１】
ところが、中間転写ベルト２１は、ポリイミドフィルムからなる無端状ベルト基材２１ａと、シリコンゴムからなる弾性層２１ｂと、フッ素樹脂からなる離型層２１ｃとを有し、無端状ベルト基材２１ａと離型層２１ｃとの間に弾性層２１ｂを挟み込んだ３層構造のものである。また、カラーの粉体像Ｅiは、離型層２１ｃ上に形成され、離型層２１ｃに重なる弾性層２１ｂの外側にはみ出して形成されることはない。このため、昇降ステージ２３ａを上昇させて、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを昇降ステージ２３ａのステージ面２３ａ1又はステージ面２３ａ1に以前に転写された最上層のカラーの粉体像Ｅiに重ね合わせて押圧したときには、弾性層２１ｂがステージ面２３ａ1又はその最上層のカラーの粉体像Ｅiの表面の凹凸の段差を吸収するように柔軟に変形して、中間転写ベルト２１上の粉体像Ｅiとステージ面２３ａ1又はその最上層の粉体像Ｅiとが均一に接触し、中間転写ベルト２１からステージ面２３ａ1側への粉体像Ｅiの転写効率Ｑが向上する。
【００９２】
また、無端状ベルト基材２１ａは、中間転写ベルト２１の矢印方向Ａで示す周回移動方向（弾性層２１ｂの広がり方向）の伸縮を抑制する。これにより、周回移動方向における中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiの位置精度が向上し、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiが昇降ステージ２３ａのステージ面２３ａ1に対して正確に位置決めされる。更に、無端状ベルト基材２１ａは、中間転写ベルト２１の剛性を高くする。このため、駆動ローラ２２ａやテンションローラ２２ｂの端部にカラー（図示せず）を設けて、中間転写ベルト２１の端部をそのカラーを当接させたり、あるいは中間転写ベルト２１の裏面側端部にビード（図示せず）を設け、中間転写ベルト２１のビードをガイドしたりして、中間転写ベルト２１の蛇行を抑制することができる。
【００９３】
また、離型層２１ｃは、中間転写ベルト２１に対する粉体像Ｅiの付着力を弱めて、離型層２１ｃからの粉体像Ｅiの剥離を容易にし、中間転写ベルト２１からステージ面２３ａ1側への粉体像Ｅiの転写効率Ｑを向上させる。更に、離型層２１ｃは、薄いフッ素樹脂の層からなる。このフッ素樹脂の層は、離型性が高く、また薄いことから弾性層２１ｂと共に容易に弾性変形し、弾性層２１ｂの変形による効果が損なわれることはない。すなわち、弾性層２１ｂがステージ面２３ａ1又はその最上層のカラーの粉体像Ｅiの表面の凹凸の段差を吸収するように柔軟に変形して、中間転写ベルト２１からステージ面２３ａ1側への粉体像Ｅiの転写効率Ｑが向上するという効果が損なわれることはない。
【００９４】
また、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiがステージ面２３ａ1又はステージ面２３ａ1に以前に転写された最上層のカラーの粉体像Ｅiに密着した状態で、面状ヒーター２４ａによる加熱を停止して、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを冷却して固化し、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiをステージ面２３ａ1又はその最上層のカラーの粉体像Ｅiに接着し、この後に昇降ステージ２３ａを下降させて中間転写ベルト２１から離間させているので、カラーの粉体像Ｅiが中間転写ベルト２１から容易に剥がれてステージ面２３ａ1又はその最上層のカラーの粉体像Ｅiに確実に転写される。
【００９５】
また、温度センサ２４ｂにより測定された面状ヒーター２４ａの温度Ｋａが帯電性粉体Ｅの軟化点温度近傍（又は軟化点温度よりも低い温度）の剥離温度Ｋｓまで低下してから、昇降ステージ２３ａを下降させて中間転写ベルト２１から離間させているので、中間転写ベルト２１からステージ面２３ａ1側へのカラーの粉体像Ｅiの転写を安定化させることができる。
【００９６】
また、昇降ステージ２３ａがアルミニウム製であって、アルミニウムが良熱伝導体であることから、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiがステージ面２３ａ1又はステージ面２３ａ1に以前に転写された最上層のカラーの粉体像Ｅiに密着した状態になると、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiの熱が昇降ステージ２３ａへと速やかに伝導して放熱され、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiが速やかに固化する。
【００９７】
尚、第１実施形態では、面状ヒーター２４ａにより中間転写ベルト２１を加熱して、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを溶融させているが、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを十分に軟化させるだけでもよい。この場合も、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiをステージ面２３ａ1又はステージ面２３ａ1に以前に転写された最上層のカラーの粉体像Ｅiに重ね合わされて密着させた後、面状ヒーター２４ａによる加熱を停止して、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを冷却して固化すれば、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiをステージ面２３ａ1又はその最上層のカラーの粉体像Ｅiに接着することができる。
【００９８】
また、各像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｗ、１０Ｔのいずれか１つにより単色（透明を含む）の粉体像を中間転写ベルト２１上に形成して、中間転写ベルト２１からステージ面２３ａ1側への単色の粉体像の転写を繰り返せば、単色の立体像Ｆをステージ面２３ａ1に形成することができる。例えば、単色の元となる立体像を示す３Ｄデータを用いて、元となる立体像を複数層に切断したときに形成される複数の単色断面像を求め、これらの単色断面像をそれぞれの粉体像として中間転写ベルト２１上に逐次形成し、各粉体像Ｅiをステージ面２３ａ1に順次積層して、元となる立体像に対応する単色の立体像を形成する。
【００９９】
＜実験例１＞
次に、第１実施形態の積層造形装置１を用いて、中間転写ベルト２１から昇降ステージ２３ａへのカラーの粉体像Ｅiの転写特性について実験した結果を図５に示す図表１を用いて説明する。
【０１００】
この実験例１においては、実験パラメータとして、（Ａ）中間転写ベルトの構成、（Ｂ）中間転写ベルトからステージ面２３ａ1側へのカラーの粉体像Ｅiの転写が行われるときの転写温度Ｋｒ、（Ｃ）中間転写ベルト上のカラーの粉体像Ｅiを挟み込んだ面状ヒーター２４ａと昇降ステージ２３ａとの間の転写圧力Ｊｒを設定している。（Ａ）中間転写ベルトの構成では、詳しくは、無端状ベルト基材２１ａの材質及び厚さを一定に維持し、また弾性層２１ｂの厚さを変更したり弾性層２１ｂの有無を設定し、更に離型層２１ｃの厚さを変更したり離型層２１ｃの有無を設定している。
【０１０１】
そして、図表１に示す各実施例１−１〜１−５及び各比較例３−１〜３−６では、そのような実験パラメータの種々の組み合わせを実施して、中間転写ベルトから昇降ステージ２３ａのステージ面２３ａ1側へのカラーの粉体像Ｅiの転写効率Ｑを測定して求めて評価している。
【０１０２】
詳しくは、実施例１−１〜１−５では、第１実施形態と同一構成の中間転写ベルト２１を用いており、無端状ベルト基材２１ａとして厚さ５０μｍのポリイミドフィルムを適用し、弾性層２１ｂとして厚さ２００μｍ又は３００μｍのシリコンゴムを適用し、離型層２１ｃとして厚さ３０μｍのフッ素樹脂チューブ又は厚さ１０μｍのフッ素樹脂コートを適用している。また、転写温度Ｋｒを帯電性粉体Ｅｉの軟化点温度１２０℃よりも高い１６０℃に設定し、面状ヒーター２４ａと昇降ステージ２３ａとの間の転写圧力Ｊｒを６ｋＰａ又は５９ｋＰａに設定している。そして、中間転写ベルト２１からステージ面２３ａ1側へのカラーの粉体像Ｅiの転写効率Ｑを測定して求めている。
【０１０３】
また、各比較例３−１〜３−３では、第１実施形態の中間転写ベルト２１とは異なる構成の中間転写ベルトを用いており、無端状ベルト基材２１ａとして厚さ５０μｍのポリイミドフィルムを適用し、弾性層２１ｂを省略し、離型層２１ｃとして厚さ１０μｍのフッ素樹脂コートを適用している。また、転写温度Ｋｒを帯電性粉体Ｅｉの軟化点温度１２０℃よりも高い１６０℃又は１８０℃に設定し、面状ヒーター２４ａと昇降ステージ２３ａとの間の転写圧力Ｊｒを５９ｋＰａ又は１２０ｋＰａに設定している。そして、中間転写ベルトからステージ面２３ａ1側へのカラーの粉体像Ｅiの転写効率Ｑを測定して求めている。
【０１０４】
更に、各比較例３−４〜３−６では、第１実施形態の中間転写ベルト２１とは異なる構成の中間転写ベルトを用いており、無端状ベルト基材２１ａとして厚さ５０μｍのポリイミドフィルムを適用し、弾性層２１ｂとして３００μｍのシリコンゴムを適用し、離型層２１ｃを省略している。また、転写温度Ｋｒを帯電性粉体Ｅｉの軟化点温度１２０℃よりも高い１６０℃に設定し、面状ヒーター２４ａと昇降ステージ２３ａとの間の転写圧力Ｊｒを５９ｋＰａ又は１２０ｋＰａに設定している。そして、中間転写ベルトからステージ面２３ａ1側へのカラーの粉体像Ｅiの転写効率Ｑを測定して求めている。
【０１０５】
このような各比較例３−１〜３−３の結果から、中間転写ベルトに弾性層２１ｂが含まれない場合は、転写温度Ｋｒ及び転写圧力Ｊｒを高くしても、中間転写ベルトからステージ面２３ａ1側へのカラーの粉体像Ｅiの転写効率Ｑが１０％以下に留まり、よってカラーの粉体像Ｅiの転写が良好に行われていないことがわかる。
【０１０６】
また、各比較例３−４〜３−６の結果から、離型層２１ｃが含まれていない場合は、転写温度Ｋｒ及び転写圧力Ｊｒを高くしても、中間転写ベルトからステージ面２３ａ1側へのカラーの粉体像Ｅiの転写効率Ｑが３０％以下に留まり、よってカラーの粉体像Ｅiの転写が良好に行われていないことがわかる。
【０１０７】
尚、各比較例３−１〜３−６の比較から、転写温度Ｋｒが１６０℃のときよりも１８０℃のときの方が、つまり転写温度Ｋｒが高くなり過ぎると、転写効率Ｑが低下していることがわかる。これは、カラーの粉体像Ｅｉを形成する帯電性粉体Ｅの粘度が低下して、帯電性粉体Ｅの内部凝集力が弱まり、帯電性粉体Ｅが厚さ方向で分断され易くなるためと考えられる。
【０１０８】
一方、各実施例１−２と１−４の結果から、中間転写ベルト２１が弾性層２１ｂ（厚さ２００又は３００μｍのシリコンゴム）及び離型層２１ｃ（厚さ３０μｍのＰＦＡチューブ又は厚さ１０μｍのＰＦＡコート）を含む構成であれば、転写温度Ｋｒ（１６０℃）及び転写圧力Ｊｒ（５９ｋＰa）が各比較例１−１、１−４、１−６と同一であっても、カラーの粉体像Ｅｉの転写効率Ｑが１００％となり、よってカラーの粉体像Ｅiの転写が良好に行われていることがわかる。
【０１０９】
この理由は、各比較例１−１、１−４、１−６では中間転写ベルト２１の表面が殆ど弾性変形しないが、これに対して各実施例１−２と１−４では中間転写ベルト２１の表面が柔軟に弾性変形するためである。ここで、昇降ステージ２３ａのステージ面２３ａ1及びステージ面２３ａ1に以前に転写された最上層のカラーの粉体像Ｅiの表面にはミクロ単位の微小な凹凸が存在する。このため、比較例１−１のように中間転写ベルトに弾性層２１ｂが含まれていない場合は、中間転写ベルト上のカラーの粉体像Ｅiがステージ面２３ａ1又はその最上層のカラーの粉体像Ｅiの表面に押し当てられても、中間転写ベルトの表面が硬くて変形せず、中間転写ベルト上のカラーの粉体像Ｅiがステージ面２３ａ1又はその最上層のカラーの粉体像Ｅiの表面に均一に密着せず、その結果、転写効率Ｑが低下する。これに対して各実施例１−２、１−４のように中間転写ベルト２１が弾性層２１ｂを含む場合は、中間転写ベルト上のカラーの粉体像Ｅiがステージ面２３ａ1又はその最上層のカラーの粉体像Ｅiの表面に押し当てられたときに、その微小な凹凸の段差を吸収するように中間転写ベルト２１の表面が柔軟に弾性変形するため、中間転写ベルト上のカラーの粉体像Ｅiがステージ面２３ａ1又はその最上層のカラーの粉体像Ｅiの表面に均一に密着し、その結果、転写効率Ｑが高くなる（密着効果）。また、中間転写ベルト２１が弾性層２１ｂを含む場合は、中間転写ベルト２１がステージ面２３ａ1の最上層のカラーの粉体像Ｅiから離間するときに、中間転写ベルト２１の弾性層２１ｂの形状が復帰し、弾性層２１ｂの歪みが解放されて、中間転写ベルト２１とその最上層のカラーの粉体像Ｅiとの界面にせん断力が作用するため、カラーの粉体像Ｅiが中間転写ベルト２１の表面から剥がれ易くなり、その結果、転写効率Ｑが向上する（弾力効果）。
【０１１０】
また、各実施例１−１と１−２との比較、各実施例１−３と１−４との比較から、転写圧力Ｊｒを高くした方が、転写効率Ｑがより高くなることがわかる。この理由は、転写圧力Ｊｒを高くした方が、先に述べた中間転写ベルト２１の弾性層２１ｂによる密着効果や弾力効果がより発揮されるためである。
【０１１１】
また、各実施例１−１と１−５との比較から、中間転写ベルト２１の離型層２１ｃとしてＰＦＡチューブを適用するよりもＰＦＡコートを適用した方が、転写効率Ｑがより高くなることがわかる。この理由は、ＰＦＡチューブ（厚さ３０μｍ）よりもＰＦＡコート（厚さ１０μｍ）の方が層厚を薄くすることができ、ＰＦＡコートが中間転写ベルト２１の弾性層２１ｂと共に容易に弾性変形して、先に述べた弾性層２１ｂによる密着効果や弾力効果が損なわれないためである。
【０１１２】
［第２実施形態］次に、本発明の積層造形装置１の第２実施形態を説明する。図６は、第２実施形態の積層造形装置１における転写ユニット２０の転写部２７Ａを概略的に示す断面図である。尚、図６において、図１と同様の作用を果す部位には同じ符号を付す。
【０１１３】
この第２実施形態の積層造形装置１では、図１に示す第１実施形態の積層造形装置１と比較して、各像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｗ、１０Ｔと、転写ユニット２０とを備える点で一致するが、転写ユニット２０における転写部２７Ａの構成が異なる。
【０１１４】
図６に示すように転写部２７Ａは、ステージユニット２３及びヒーターユニット２４の他に、２本の送風パイプ４１、４２と、コンプレッサー４３とを備えている。
【０１１５】
各送風パイプ４１、４２は、２次転写領域Ｘ又は昇降ステージ２３ａの両側に、すなわち中間転写ベルト２１の矢印方向Ａで示す周回移動方向における２次転写領域Ｘ又は昇降ステージ２３ａの上流側及び下流側に配置されている。また、各送風パイプ４１、４２は、中間転写ベルト２１の幅方向に該中間転写ベルト２１の表面に沿って延在する。各送風パイプ４１、４２は、直径４ｍｍの銅製の中空パイプからなり、それらの周面には複数の送風孔４１ａ、４２ａが形成されている。各送風孔４１ａ、４１ｂは、それらの孔径を１ｍｍに設定され、それらのピッチを１０ｍｍに設定されて、中間転写ベルト２１の幅方向に配列されている。また、各送風孔４１ａ、４１ｂは、２次転写領域Ｘに位置決めされた中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiの方向に向けられている。
【０１１６】
また、各送風パイプ４１、４２は、それらの一端を開口されて、それらの他端を閉塞されており、それらの開口された一端がそれぞれの空気経路４４、４５を通じてコンプレッサー４３に接続されている。コンプレッサー４３からそれぞれの空気経路４４、４５を通じて各送風パイプ４１、４２へと空気を圧送して、各送風パイプ４１、４２の内側に流速１０ｍ/sec程度の空気流を生じさせ、各送風孔４１ａ、４１ｂから２次転写領域Ｘに位置決めされた中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiへと空気を矢印方向Ｃに噴出して、この噴出された空気によりカラーの粉体像Ｅiを冷却する。
【０１１７】
図７は、転写部２７Ａを備える転写ユニット２０の制御系の構成を示すブロック図である。尚、図７において、図４と同様の作用を果す部位には同じ符号を付す。ここで、制御部３１は、駆動モータ３２を駆動制御して、中間転写ベルト２１を矢印方向Ａに周回移動させ、位置センサ３３の検出出力に応答して駆動モータ３２を停止させ、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを２次転写領域Ｘに位置決めする。そして、制御部３１は、温度センサ２４ｂにより測定された面状ヒーター２４ａの温度Ｋａが転写温度Ｋｒに達するまで面状ヒーター２４ａを発熱させ、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを加熱して溶融させる。更に、制御部３１は、ステージユニット２３の昇降駆動部２３ｅを駆動制御して、昇降ステージ２３ａを上昇させ、圧力センサ２３ｃにより測定された圧力Ｊａが転写圧力Ｊｒに到達すると、昇降ステージ２３ａの上昇を停止させる。これにより、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiがステージ面２３ａ1又はステージ面２３ａ1に以前に転写された最上層のカラーの粉体像Ｅiに重ね合わされて密着される。
【０１１８】
この後、制御部３１は、面状ヒーター２４ａによる加熱を停止し、コンプレッサー４３を起動して、各送風パイプ４１、４２へと空気を圧送させ、各送風孔４１ａ、４１ｂから中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiへと空気を噴出させて、カラーの粉体像Ｅiを冷却する。
【０１１９】
このとき、制御部３１は、温度センサ２４ｂにより測定された面状ヒーター２４ａの温度Ｋａが帯電性粉体Ｅの軟化点温度近傍（又は軟化点温度よりも低い温度）の剥離温度Ｋｓまで低下すると、コンプレッサー４３を停止し、ステージユニット２３の昇降駆動部２３ｅを駆動制御して、昇降ステージ２３ａを下降させて中間転写ベルト２１から離間させ、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを中間転写ベルト２１から剥がしてステージ面２３ａ1へと転写させる。
【０１２０】
このような第２実施形態では、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiは、加熱され溶融されてから、ステージ面２３ａ1又はステージ面２３ａ1に以前に転写された最上層のカラーの粉体像Ｅiに重ね合わされて密着した状態になる。そして、この状態で、面状ヒーター２４ａによる加熱を停止して、各送風パイプ４１、４２から空気を噴出するので、この噴出した空気により中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを直ちに冷却して固化し、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiをステージ面２３ａ1又はその最上層のカラーの粉体像Ｅiに速やかに接着することができる。そして、温度センサ２４ｂにより測定された面状ヒーター２４ａの温度Ｋａが帯電性粉体Ｅの軟化点温度近傍（又は軟化点温度よりも低い温度）の剥離温度Ｋｓまで低下してから、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを中間転写ベルト２１から剥がす。これにより、中間転写ベルト２１からステージ面２３ａ1側へのカラーの粉体像Ｅiの転写を安定化させることができる。
【０１２１】
［第３実施形態］次に、本発明の積層造形装置１の第３実施形態を説明する。図８は、第３実施形態の積層造形装置１における転写ユニット２０の転写部２７Ｂを概略的に示す断面図である。尚、図８において、図１と同様の作用を果す部位には同じ符号を付す。
【０１２２】
この第３実施形態の積層造形装置１では、図１に示す第１実施形態の積層造形装置１と比較して、各像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｗ、１０Ｔと、転写ユニット２０とを備える点で一致するが、転写ユニット２０における転写部２７Ｂの構成が異なる。
【０１２３】
図８に示すように転写部２７Ｂは、ステージユニット２３Ｂ及びヒーターユニット２４を備えている。ヒーターユニット２４は、図１に示す第１実施形態の積層造形装置１のものと同一構成であって、面状ヒーター２４ａと、温度センサ２４ｂと、ヒーターホルダー２４ｃとを有している。また、ステージユニット２３Ｂは、図１に示す第１実施形態の積層造形装置１のステージユニット２３と同様に、ベース部２３ｂと、圧力センサ２３ｃと、温度センサ２３ｄと、昇降駆動部２３ｅとを有しているが、昇降ステージ２３ａの代りに、昇降ステージ４６を備えている。
【０１２４】
このステージユニット２３Ｂの昇降ステージ４６は、例えばアルミニウム製の厚さ１０ｍｍの平板に複数のヒートパイプ４７を埋め込んだものである。例えば、ヒートパイプ４７は直径５ｍｍのものであり、５本のヒートパイプ４７を昇降ステージ４６に埋め込んでいる。また、各ヒートパイプ４７は、昇降ステージ４６を中間転写ベルト２１の幅方向に貫通して該昇降ステージ４６の外側に導出されており、昇降ステージ４６の外側に導出された該各ヒートパイプ４７の端部にヒートシンク（図示せず）が接続されている。
【０１２５】
このような第３実施形態では、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiは、加熱され溶融されてから、ステージ面２３ａ1又はステージ面２３ａ1に以前に転写された最上層のカラーの粉体像Ｅiに重ね合わされて密着した状態になり、この状態で、面状ヒーター２４ａによる加熱が停止される。このとき、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiの熱は、昇降ステージ２３ａ→各ヒートパイプ４７→ヒートシンクへと順次伝導されて直ちに放熱されるので、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを効率的に冷却して固化しステージ面２３ａ1又はその最上層のカラーの粉体像Ｅiに速やかに接着することができる。この後、昇降ステージ２３ａが中間転写ベルト２１から離間されて、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiが中間転写ベルト２１から剥がされてステージ面２３ａ1へと転写される。
【０１２６】
また、昇降ステージ４６に各ヒートパイプ４７を埋め込んでいるので、昇降ステージ４６を立体像Ｆのステージ及び該ステージの冷却部として兼用していることになり、昇降ステージ４６を大型化させることなく、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを効果的に冷却することが可能である。
【０１２７】
＜実験例２＞
次に、第２及び第３実施形態の積層造形装置１を用いて、中間転写ベルト２１から昇降ステージ２３ａへのカラーの粉体像Ｅiの転写特性について実験した結果を図９に示す図表２を用いて説明する。
【０１２８】
この実験例２においては、実験パラメータとして、（Ｄ）ステージユニットの構成、（Ｂ）中間転写ベルトからステージ面２３ａ1側へのカラーの粉体像Ｅiの転写が行われるときの転写温度Ｋｒ、（Ｅ）中間転写ベルト２１からのカラーの粉体像Ｅiの剥離が行われるときの剥離温度Ｋｓ、（Ｆ）中間転写ベルト上のカラーの粉体像Ｅiの冷却時間Δｔｃを設定している。（Ｄ）ステージユニットの構成では、詳しくは、昇降ステージの材質を変更し、また第１実施形態のステージユニット２３、第２実施形態のステージユニット２３Ａ、及び第３実施形態のステージユニット２３Ｂのいずれかを選択的に設けている。各実施例２−１〜２−３では、第１実施形態のステージユニット２３、第２実施形態のステージユニット２３Ａ、及び第３実施形態のステージユニット２３Ｂをそれぞれ用い、各比較例４−１〜４−３では、昇降ステージとしてベークライト（登録商標）製の厚さ１０ｍｍの平板状のものを用いている。
【０１２９】
そして、図表２に示す各実施例２−１〜２−３及び各比較例４−１〜４−３では、そのような実験パラメータの種々の組み合わせを実施して、中間転写ベルトから昇降ステージ２３ａのステージ面２３ａ1側へのカラーの粉体像Ｅiの転写効率Ｑを測定して求めて評価している。
【０１３０】
ただし、実験例２においては、中間転写ベルト２１の構成を変更せず、中間転写ベルト２１として、ポリイミドフィルムからなる厚さ５０μｍの無端状ベルト基材２１ａと、シリコンゴムからなる厚さ３００μｍの弾性層２１ｂと、ＰＦＡコートからなる厚さ１０μｍの離型層２１ｃとを積層してなる３層構造のものを使用している。また、転写圧力Ｊｒを６ｋＰaに設定している。
【０１３１】
まず、比較例４−１について説明する。比較例４−１では、転写温度Ｋｒを帯電性粉体Ｅｉの軟化点温度１２０℃よりも高い１６０℃に設定して、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを加熱して溶融させた状態で、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiをベークライト製の昇降ステージに密着させ、カラーの粉体像Ｅiを冷却することなく、昇降ステージを中間転写ベルト２１から直ちに離間させ、カラーの粉体像Ｅiを中間転写ベルト２１から剥がして昇降ステージに転写している。この場合は、転写効率Ｑが４０％に留まることがわかった。この理由は、ベークライトの熱伝導率がアルミニウムの熱伝導率よりも小さくて、昇降ステージによるカラーの粉体像Ｅiの放熱効果が殆どなく、またカラーの粉体像Ｅiの冷却時間を０に設定したことから、中間転写ベルト２１から剥がされるときのカラーの粉体像Ｅiの剥離温度Ｋｓが１４０℃となり、この剥離温度Ｋｓ１４０℃が帯電性粉体Ｅの軟化点温度１２０℃よりも高いので、帯電性粉体Ｅの内部凝集力が低下して、帯電性粉体Ｅが層方向で分断され易くなるためと考えられる。
【０１３２】
また、比較例４−２の結果から、転写温度Ｋｒを１３０℃に下げた場合でも、カラーの粉体像Ｅiを冷却することなく、カラーの粉体像Ｅiを中間転写ベルト２１から剥がして昇降ステージに転写すると、転写効率Ｑが３０％に留まることがわかった。この理由は、中間転写ベルト２１から剥がされるときのカラーの粉体像Ｅiの剥離温度Ｋｓが１１０℃となって、この剥離温度Ｋｓ１１０℃が帯電性粉体Ｅの軟化点温度１２０℃より低くても、転写温度Ｋｒ１３０℃の設定では、転写のときに帯電性粉体Ｅが十分に軟化又は溶融していないためと考えられる。
【０１３３】
次に、比較例４−３について説明する。比較例２−３では、転写温度Ｋｒを１６０℃に設定して、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiを加熱した状態で、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiをベークライト製の昇降ステージに密着させ、面状ヒーター２４ａをオフにして、カラーの粉体像Ｅiを１２０秒の間放置して自然冷却させてから、カラーの粉体像Ｅiを中間転写ベルト２１から剥がして昇降ステージに転写している。この場合は、転写効率Ｑが１００％となる。この理由は、カラーの粉体像Ｅiを昇降ステージに密着させてからの冷却時間を長くしたことにより、中間転写ベルト２１から剥がされるときのカラーの粉体像Ｅiの剥離温度Ｋｓが帯電性粉体Ｅの軟化点温度１２０℃よりも十分に低い９０℃まで冷却され、帯電性粉体Ｅの内部凝集力が高くなったためと考えられる。
【０１３４】
次に、実施例２−１〜２−３の実験結果について説明する。実施例２−１では、比較例２−３と比較して、昇降ステージの材質をベークライトからアルミニウムに変更した点が異なる。比較例２−３では１００％の転写効率Ｑを得るために必要な冷却時間が１２０秒であったのに対し、実施例２−１では１００％の転写効率Ｑを得るために必要な冷却時間が４２秒に短縮されている。この理由は、昇降ステージが熱伝導性に優れるアルミニウムからなることから、粉体像の冷却性能が向上し、カラーの粉体像Ｅiの温度が帯電性粉体Ｅの軟化点温度１２０℃よりも低い温度に速やかに下降するためである。
【０１３５】
実施例２−２では、実施例２−１に対し、１００％の転写効率Ｑを得るために必要な冷却時間を４２秒から３１秒に更に短縮している。この理由は、実施例２−２では、各送風パイプ４１、４２から中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiへと空気が吹きつけられて、カラーの粉体像Ｅiの冷却効率が更に向上し、カラーの粉体像Ｅiの温度が帯電性粉体Ｅの軟化点温度１２０℃よりも低い温度に更に速やかに下降するためである。
【０１３６】
実施例２−３についても、実施例２−１対し、１００％の転写効率Ｑを得るために必要な冷却時間を４２秒から２１秒に更に短縮している。この理由は、実施例２−３では、各ヒートパイプ４７及びヒートシンクにより昇降ステージ４６が効果的に冷却されることから、中間転写ベルト２１上のカラーの粉体像Ｅiの冷却効率が更に向上して、カラーの粉体像Ｅiの温度が帯電性粉体Ｅの軟化点温度１２０℃よりも低い温度に直ちに下降するためである。
【０１３７】
尚、上記各実施形態では、カラーの積層造形装置を例示しているが、本発明はカラーの積層造形装置に限定される訳ではなく、モノクロの積層造形装置にも適用できることは言うまでもない。例えば、図１の積層造形装置１において、各像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｗ、１０Ｔの代わりに、単一の像形成ユニットを設けて、単一の像形成ユニットにより粉体像を中間転写ベルト２１に形成し、この粉体像を中間転写ベルト２１から昇降ステージ２３ａに転写して、モノクロの立体像を形成してもよい。あるいは、図１の積層造形装置１において、各像形成ユニット１０Ｙ〜１０Ｔに同一色の帯電性粉体Ｅを収容しておき、各像形成ユニット１０Ｙ〜１０Ｔにより同一色のそれぞれの粉体像を形成して中間転写ベルト２１に転写し、これらの粉体像を中間転写ベルト２１から昇降ステージ２３ａに転写して、モノクロの立体像を形成しても構わない。
【０１３８】
また、中間転写ベルト２１として、３層構造のものを適用しているが、無端状ベルト基材２１ａと弾性層２１ｂとを少なくとも含む２層構造、あるいは４層構造以上のものを適用しても構わない。
【０１３９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと解される。
【符号の説明】
【０１４０】
１  積層造形装置
１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｗ、１０Ｔ  像形成ユニット（像形成部）
１１  感光体ドラム
１２  帯電器
１３  レーザービーム照射部
１４  現像器
１５  １次転写ローラ
１６  クリーナー
１７  除電部
２０  転写ユニット
２１  中間転写ベルト（像担持体）
２１ａ  無端状ベルト基材（基層）
２１ｂ  弾性層
２１ｃ  離型層
２２ａ  駆動ローラ
２２ｂ  テンションローラ
２３  ステージユニット
２３ａ、４６  昇降ステージ（ステージ）
２３ｂ  ベース部
２３ｃ  圧力センサ
２３ｄ  温度センサ
２３ｅ  昇降駆動部（移動部）
２４  ヒーターユニット
２４ａ  面状ヒーター（加熱部）
２４ａ1  基板
２４ａ2  発熱層
２４ａ3  絶縁層
２４ｂ  温度センサ（温度測定部）
２４ｃ  ヒーターホルダー
２５ａ、２５ｂ  冷却ファン
２７  転写部
３１  制御部
３２  駆動モータ
３３  位置センサ
４１、４２  送風パイプ（冷却部）
４３  コンプレッサー
４４、４５  空気経路
４７  ヒートパイプ（冷却部）
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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