(57)【要約】【課題】三次元造形物の形成に特に有利に利用できる三次元造形物形成用プリンタ（３Ｄプリンタ）を提供する。【解決手段】二組の一対の横材から構成された矩形の枠体、枠体支持手段、前記横材のそれぞれに平行となる配置にて横材もしくは支持手段に固定された第一の軸体の組、第一の組の軸体のそれぞれに摺動可能に装着された第一の直動軸受の組、第一の組の直動軸受の摺動を駆動する駆動力付与手段、対向する第一の直動軸受を互いに連結固定する各組毎に一対の第二の軸体の組、一方の組の一対の第二の軸体と他方の組の一対の第二の軸体とにより形成された矩形の空間領域に配置され、第二の組の軸体のそれぞれに摺動可能に装着された第二の直動軸受により支持されている昇降手段、昇降手段に装着されたインク材料放出ノズル、そしてインク材料放出ノズルにインク材料を供給するインク材料供給チューブを少なくとも含む三次元造形物形成用プリンタ。【選択図】図１
2015193123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の横材が二組各組毎にそれぞれ対向するように組み合わされて構成された矩形の枠体、該枠体を支持する枠体支持手段、前記横材のそれぞれに平行となる配置にて横材もしくは支持手段に固定された第一の軸体の組、第一の組の軸体のそれぞれに摺動可能に装着された第一の直動軸受の組、第一の組の直動軸受の摺動を駆動する駆動力付与手段、対向する第一の直動軸受を互いに連結固定する各組毎に一対の第二の軸体の組、一方の組の一対の第二の軸体と他方の組の一対の第二の軸体とにより形成された矩形の空間領域に配置され、第二の組の軸体のそれぞれに摺動可能に装着された第二の直動軸受により支持されている昇降手段、該昇降手段に装着されたインク材料放出ノズル、そしてインク材料放出ノズルにインク材料を供給するインク材料供給チューブを少なくとも含む三次元造形物形成用プリンタ。
【請求項２】
上記の枠体支持手段が枠体の四隅のそれぞれに装着された柱状支持手段を含む請求項１に記載の三次元造形物形成用プリンタ。
【請求項３】
上記の柱状支持手段に三次元造形物形成面が付設されている請求項２に記載の三次元造形物形成用プリンタ。
【請求項４】
上記の柱状支持手段に三次元造形物形成面が付設されていない請求項２に記載の三次元造形物形成用プリンタ。
【請求項５】
請求項１に記載の三次元造形物形成用プリンタのインク材料放出ノズルの下方位置にシート状物を配置して、そのシート状物の表面に三次元造形物を形成し、次いで表面に三次元造形物が形成されたシート状物をインク材料放出ノズルの下方位置から取り出す工程を繰り返し実施することからなる三次元造形物形成方法。
【請求項６】
請求項１に記載の三次元造形物形成用プリンタのインク材料放出ノズルの下方位置に長尺状シートを配置して、その長尺状シートの表面に三次元造形物を形成し、次いで表面に三次元造形物が形成された長尺状シートをその長さ方向に移動させることによりインク材料放出ノズルの下方位置から取り出す工程を繰り返し実施することからなる三次元造形物形成方法。
【請求項７】
一対の横材が二組各組毎にそれぞれ対向するように組み合わされて構成された矩形の枠体、該枠体を支持する枠体支持手段、前記横材のそれぞれに平行となる配置にて横材もしくは支持手段に固定された第一の軸体の組、第一の組の軸体のそれぞれに摺動可能に装着された第一の直動軸受の組、第一の組の直動軸受の摺動を駆動する駆動力付与手段、対向する第一の直動軸受を互いに連結固定する各組毎に一対の第二の軸体の組、一方の組の一対の第二の軸体と他方の組の一対の第二の軸体とにより形成された矩形の空間領域に配置され、第二の組の軸体のそれぞれに摺動可能に装着された第二の直動軸受により支持されている昇降手段を含む三次元移動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形物形成用プリンタに関する。さらに詳しくは、本発明は、表面が平坦あるいは略平坦なシート状基体の表面に向けて液状の造形物形成材料（インク材料）をノズルから画像様に放出させて、そのシート状基体の表面にインク材料からなる三次元造形物を形成させ、次いでインク材料三次元造形物を硬化（あるいは固化）させることにより、該基体表面に三次元造形物を形成する方法に有利に用いることのできる三次元造形物形成用プリンタを提供する。
【背景技術】
【０００２】
近年、三次元造形物形成用プリンタが注目されている。三次元造形物形成用プリンタは、３Ｄプリンタと通称され、主として平坦もしくは略平坦な表面を持つシート状基体の表面に硬化性インク材料を三次元造形物様に集積あるいは積層させ、次いで、生成したインク材料三次元造形物を硬化させることにより、該基体上に三次元造形物を形成するプロセスに用いられる。
【０００３】
三次元造形物形成用プリンタを用いる三次元造形物形成方法としては、層状の硬化性インク材料を用意し、この層状硬化性インク材料をプリンタの画像形成位置に順次積層配置し、その硬化性インク材料の積層体をレーザ等の加工手段を用いて三次元造形物に変換し硬化させる方法、あるいは、プリンタの造形物形成位置に配置した基体の表面に向けてノズルを介して液状の硬化性インク材料を画像様に放出し、次いで形成されたインク材料造形物を硬化させる方法などが知られている。
【０００４】
特許文献１には、三次元物体を製作する加熱された製作チャンバー、該製作チャンバー中に配置される基部、該製作チャンバーの内側に模型製作材料分配出口を有する、模型製作材料を該基部の上に分配する分配ヘッド、および該分配ヘッドと該基部との間で三次元の相対運動を発生させるために該分配ヘッドおよび該基部に結合するｘ−ｙ−ｚガントリーを備え、該ｘ−ｙ−ｚガントリーが該製作チャンバーの外に配置され、そして変形可能な断熱材により該チャンバーから分離されていることを特徴とする三次元模型製作装置が記載されている。そして、この特許文献１に添付の図１には、分配ヘッドを平面方向に移動させるｘ−ｙガントリーと基部を昇降させるｚ−リフトからなるｘ−ｙ−ｚガントリーを備えた三次元模型製作装置が図示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５０２１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されている三次元模型製作装置は、分配ヘッドと表面に三次元模型が形成される昇降可能な基部との間で、該分配ヘッドと基部とに結合しているｘ−ｙ−ｚガントリーにより三次元相対運動を発生させるタイプの三次元模型製作装置（３Ｄプリンタ）の改良であって、該ｘ−ｙ−ｚガントリーをチャンバーの外に配置した上で、変形可能な断熱材により隔離した構成としたことを特徴としている。そして、具体的に開示されている分配ヘッドを平面方向に移動させるｘ−ｙガントリーでの二次元方向の移動をもたらす駆動機構は、多数の滑車とベルトとの組み合わせからなる機構である。また、ｚ−方向（垂直方向）に基部を移動（昇降）させるｚリフトは、チャンバーの対向する側面のそれぞれに備えられた案内ネジと案内ナットとからなる昇降装置である。
【０００７】
前記のように、特許文献１に開示されている三次元移動装置であるｘ−ｙ−ｚガントリーは、分配ヘッドを二次元方向に移動させるｘ−ｙガントリーと基部を昇降させるｚリフトとから構成された三次元移動装置であるが、３Ｄプリンタの三次元移動装置として用いる場合には、いくつかの問題がある。例えば、基部の表面に形成する三次元模型のｘ−ｙ方向のサイズが大きい場合には、基部の二次元方向のサイズを大きくする必要があるが、そのような大きなサイズの基部の安定な昇降移動の制御は容易ではない。また、三次元模型が重量物となる場合には、その三次元模型の重量に加え、重量物として形成される三次元模型を安定に支持するための基部も堅固とする必要があり、このため、同様に、表面に三次元模型が形成された基部の安定な昇降移動の制御は容易ではない。さらに、三次元模型が基部の表面上で特定の位置に偏る形状となる場合にも、同様に、三次元模型が形成された基部の安定な昇降移動の制御は容易ではない。
【０００８】
さらにまた、特許文献１に具体的に開示されているｘ−ｙガントリーでの二次元方向の移動をもたらす多数の滑車とベルトとの組み合わせからなる駆動機構は、チャンバーからもたらされる熱の影響を受けやすいため、チャンバーからｘ−ｙガントリーへの熱の拡散を効果的に防ぐためには断熱材の材料や厚さなどについて充分な考慮が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発明者は、３Ｄプリンタ（本発明では、三次元造形物形成用プリンタという）に組み込まれる三次元相対運動の駆動系統の検討を行った結果、特に製作対象の三次元造形物のサイズが大きくなる場合、あるいは三次元造形物の重量が重くなる場合には、表面に三次元造形物が形成される三次元造形物形成面を持つ基部を昇降させることなく、三次元造形物形成用のインク材料分配ノズル（インク材料放出ノズル）を、ｘ−ｙ方向（平面方向）の移動のみならず、ｚ方向にも移動（昇降）させることにより、上述の問題の発生を回避することができることを見いだした。
【００１０】
そして、更なる研究の結果、インク材料放出ノズルのｘ−ｙ方向の移動を、複数の軸体と直動軸受とを用いる二次元移動機構を用いて行うことにより、インク材料放出ノズルの二次元方向の安定な移動が確保できることを見いだした。
【００１１】
本発明は、発明者による上述の研究の結果として完成された発明であって、下記の構成を有する三次元造形物形成用プリンタにある。
【００１２】
一対の横材が二組各組毎にそれぞれ対向するように組み合わされて構成された矩形の枠体、該枠体を支持する枠体支持手段、前記横材のそれぞれに平行となる配置にて横材もしくは支持手段に固定された第一の軸体の組、第一の組の軸体のそれぞれに摺動可能に装着された第一の直動軸受の組、第一の組の直動軸受の摺動を駆動する駆動力付与手段、対向する第一の直動軸受を互いに連結固定する各組毎に一対の第二の軸体の組、一方の組の一対の第二の軸体と他方の組の一対の第二の軸体とにより形成された矩形の空間領域に配置され、第二の組の軸体のそれぞれに摺動可能に装着された第二の直動軸受により支持されている昇降手段、該昇降手段に装着されたインク材料放出ノズル、そしてインク材料放出ノズルにインク材料を供給するインク材料供給チューブを少なくとも含む三次元造形物形成用プリンタ。
【００１３】
本発明の三次元造形物形成用プリンタの好ましい態様を以下に記載する。
（１）枠体支持手段が枠体の四隅のそれぞれに装着された柱状支持手段を含む。
（２）柱状支持手段に三次元造形物形成面が付設されている。
（３）柱状支持手段に三次元造形物画像形成面が付設されていない。
【００１４】
本発明の三次元造形物形成用プリンタは、インク材料放出ノズルの下方位置にシート状物を配置して、そのシート状物の表面に三次元造形物を形成し、次いで表面に三次元造形物が形成されたシート状物をインク材料放出ノズルの下方位置から取り出す工程を繰り返し実施することからなる三次元造形物形成方法の実施に有利に利用することができる。
【００１５】
本発明の三次元造形物形成用プリンタはまた、インク材料放出ノズルの下方位置に長尺状シートを配置して、その長尺状シートの表面に三次元造形物を形成し、次いで表面に三次元造形物が形成された長尺状シートをその長さ方向に移動させることにより三次元造形物形成面をインク材料放出ノズルの下方位置から取り出す工程を繰り返し実施することからなる三次元造形物形成方法の実施に有利に利用することができる。
【００１６】
なお、本発明の三次元造形物形成用プリンタで採用した三次元移動機構は、三次元造形物形成用プリンタの三次元移動機構としてのみではなく、一対の横材が二組各組毎にそれぞれ対向するように組み合わされて構成された矩形の枠体、該枠体を支持する枠体支持手段、前記横材のそれぞれに平行となる配置にて横材もしくは支持手段に固定された第一の軸体の組、第一の組の軸体のそれぞれに摺動可能に装着された第一の直動軸受の組、第一の組の直動軸受の摺動を駆動する駆動力付与手段、対向する第一の直動軸受を互いに連結固定する各組毎に一対の第二の軸体の組、一方の組の一対の第二の軸体と他方の組の一対の第二の軸体とにより形成された矩形の空間領域に配置され、第二の組の軸体のそれぞれに摺動可能に装着された第二の直動軸受により支持されている昇降手段を含む三次元移動機構としても利用できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の三次元造形物形成用プリンタでは、相対的に軽量のインク材料放出ノズルが三次元方向に移動し、形成される三次元造形物を表面に保持する基台（三次元造形物支持手段）を移動させる必要がないため、プリンタ自体の構造が簡素になり、安定な三次元造形物形成操作が可能となる。また、本発明の三次元造形物形成用プリンタを用いることにより、造形物支持シートを入れ替えながら、あるいはロール状あるいはベルト状に形成した長尺状の造形物支持シートをもちいることより、連続的に三次元造形物を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に従う三次元造形物形成用プリンタの一例の斜視図である。
【図２】図１に示した三次元造形物形成用プリンタの平面図である。
【図３】図１に示した三次元造形物形成用プリンタの正面図である。
【図４】図１に示した三次元造形物形成用プリンタの側面図（右側面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の三次元造形物形成用プリンタを添付図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本発明の三次元造形物形成用プリンタの代表的な構成例を示す斜視図であり、図２、図３、そして図４はそれぞれ、図１の三次元造形物形成用プリンタの平面図、正面図、そして側面図（右側面図）である。
【００２０】
図１〜４に示した本発明の三次元造形物形成用プリンタの構成例では、三次元造形物形成用プリンタは、一対の横材が二組（１１ａ、１１ａ’、１１ｂ、１１ｂ’）各組毎にそれぞれ対向するように組み合わされて構成された矩形の枠体、該枠体を支持する枠体支持手段（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）、前記横材のそれぞれに平行となる配置にて横材もしくは支持手段に固定された第一の軸体の組（１３ａ、１３ａ’、１３ｂ、１３ｂ’）、第一の組の軸体のそれぞれに摺動可能に装着された第一の直動軸受の組（１４ａ、１４ａ’、１４ｂ、１４ｂ’）、第一の組の直動軸受の摺動を駆動する駆動力付与手段（それぞれモータ１５ａ、回転軸１６ａ、プーリ１７ａ、１７ａ’、ベルト１８ａ、１８ａ’を含む組、そしてモータ１５ｂ、回転軸１６ｂ、プーリ１７ｂ、１７ｂ’、ベルト１８ｂ、１８ｂ’を含む組）、対向する第一の直動軸受を互いに連結固定する各組毎に一対の第二の軸体の組（１９ａ、１９ａ’、１９ｂ、１９ｂ’）、一方の組の一対の第二の軸体（１９ａ、１９ａ’）と他方の組の一対の第二の軸体（１９ｂ、１９ｂ’）とにより形成された矩形の空間領域に配置され、第二の組の軸体（１９ａ、１９ａ’、１９ｂ、１９ｂ’）のそれぞれに摺動可能に装着された第二の直動軸受（２０ａ、２０ａ’、２０ｂ、２０ｂ’）により支持されている昇降手段（第二の直動軸受に固定されている基台２１、基台に固定されたナットと該ナットに嵌め合わされたネジ軸２２、ネジ軸の上端部に装着されたネジ軸回転手段２３、ネジ軸の下端部に装着された昇降台２４を含む）、該昇降手段に装着されたインク材料放出ノズル２５、そしてインク材料放出ノズルにインク材料を供給するインク材料供給チューブ２６を少なくとも含む。
【００２１】
なお、図１に示した三次元造形物形成用プリンタの構成例では、インク材料放出ノズルの下方に、形成される三次元造形物を支持する、あるいは形成される三次元造形物を支持するシート材料が置かれる造形物支持板２７が枠体支持手段（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）が形成する空間内に備えられているが、この造形物支持板は、必ずしも必要ではない。すなわち、枠体支持手段が形成する空間内の底部に三次元造形物支持板を配置し、三次元造形物の形成後に、表面に三次元造形物が形成された三次元造形物支持板を該空間から取り出す操作を繰り返し行うことにより、所望の三次元造形物を連続的に製造することもできる。また、三次元造形物支持板として、ロールから巻きだした長尺状シート、間欠的に回転するベルトなどを利用することもできる。
【００２２】
なお、一対の横材が二組（１１ａ、１１ａ’、１１ｂ、１１ｂ’）各組毎にそれぞれ対向するように組み合わされて構成された矩形の枠体では、横材が互いに結合されている必要は無く、横材が枠体支持手段を介して互いに結合して矩形の枠体を形成する構成であってもよいｌ
【００２３】
また、枠体支持手段も図１〜４に示されているような柱状物である必要はなく、また枠体支持手段は枠体の四隅に配置されている必要も無い。
【００２４】
さらに、第一の組の直動軸受の摺動を駆動する駆動力付与手段についても、図１〜４に示されたモータ、回転軸、プーリ、そしてベルトからなる構成である必要は無く、任意の駆動力付与手段を用いることができる。
【００２５】
さらに、第二の直動軸受により支持されている昇降手段についても、図１〜４に示されている基台、基台に固定されたナットと該ナットに嵌め合わされたネジ軸、ネジ軸の上端部に装着されたネジ軸回転手段、ネジ軸の下端部に装着された昇降台とから構成する必要はなく、任意の昇降手段を用いることができる。
【符号の説明】
【００２６】
１０  本発明に従う三次元造形物形成用プリンタの構成例
１１ａ、１１ａ’、１１ｂ、１１ｂ’  枠体を構成する横材
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ  枠体支持手段
１３ａ、１３ａ’、１３ｂ、１３ｂ’  第一の軸体
１４ａ、１４ａ’、１４ｂ、１４ｂ’  第一の直動軸受
１５ａ、１５ｂ  モータ
１６ａ、１６ｂ  回転軸
１７ａ、１７ａ’、１７ｂ、１７ｂ’  プーリ
１８ａ、ベルト１８ａ’、１８ｂ、１８ｂ’  ベルト
１９ａ、１９ａ’、１９ｂ、１９ｂ’  第二の軸体
２０ａ、２０ａ’、２０ｂ、２０ｂ’  第二の直動軸受
２１  基台
２２  ネジ軸
２３  ネジ軸回転手段
２４  昇降台
２５  インク材料放出ノズル
２６  インク材料供給チューブ
２７  造形物支持板
【図１】
2015193123.tif 000003
【図２】
2015193123.tif 000004
【図３】
2015193123.tif 000005
【図４】
2015193123.tif 000006