(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送体の上に配置した造形材料を、前記搬送体によって積層位置に搬送してステージの上に積層する立体物の製造方法であって、
造形対象物のスライス形状データに基づいて前記搬送体の上に造形材料を配置する材料配置工程と、
前記搬送体上の前記造形材料が前記積層位置に到達する前に、酸素を含む雰囲気中で前記造形材料を加熱する加熱工程と、
加熱された前記造形材料を前記積層位置に移動させ、前記造形材料を前記搬送体と前記ステージとで挟んで前記ステージの上に転写する転写工程と、
を有し、
前記加熱工程において、前記造形材料の加熱状態は、前記造形材料が酸化しない様に、前記造形材料の温度および加熱時間に基づいて制御される、
ことを特徴とする立体物の製造方法。
【請求項２】
前記造形材料の加熱状態を、前記造形材料の温度と、前記造形材料の所定温度において酸化が開始するまでの加熱時間との関係を表す酸化特性に基づいて制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の立体物の製造方法。
【請求項３】
搬送体の上に配置した造形材料を、前記搬送体によって積層位置に搬送してステージの上に積層することにより、立体物を作製する造形装置であって、
造形対象物のスライス形状データに基づいて前記搬送体の上に前記造形材料を配置する材料配置部と、
前記材料配置部と前記積層位置との間に設けられ、前記搬送体の上の前記造形材料を加熱する加熱部と、
前記加熱部によって加熱された前記造形材料の温度を取得する温度取得部と、
前記造形材料の温度が所定の時間に達してからの加熱時間を計測する時間測定部と、
前記搬送体により前記積層位置に搬送された前記造形材料が転写されるステージと、
前記加熱部および前記搬送体を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記造形材料が酸化しない様に、前記温度取得部で取得した前記造形材料の温度および前記時間測定部で計測した加熱時間に基づいて、前記加熱部または前記搬送体を制御して前記加熱部による前記造形材料の加熱状態を制御する、
ことを特徴とする造形装置。
【請求項４】
前記造形材料の温度を、非接触式の温度センサにて計測する、ことを特徴とする請求項３に記載の造形装置。
【請求項５】
さらに、前記造形材料の温度と前記造形材料の所定温度において酸化が開始するまでの加熱時間との関係を表す酸化特性を記憶する記憶部を有し、
前記制御部は、前記温度取得部で取得した前記造形材料の温度と、前記酸化特性と、前記加熱時間と、に基づいて、前記加熱部または前記搬送体を制御する、
ことを特徴とする請求項３または４に記載の造形装置。
【請求項６】
前記造形装置は、前記加熱部が備える加熱部材を移動させる移動機構をさらに有しており、
前記制御部は、前記造形材料の酸化が始まる前に、前記造形材料と前記加熱部材との距離が長くなるように前記加熱部材を移動させる、
ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形装置及び造形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）、３次元プリンタ、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）等と呼ばれる立体造形技術が注目を集めている（本明細書ではこれらの技術を総称してＡＭ技術と呼ぶ）。ＡＭ技術は、造形対象物の３次元形状データをスライスして複数のスライス形状データを生成し、その各スライス形状データを基に造形材料により材料層（材料画像）を形成し、材料層をステージ上に順次積層して固着することで、立体物を造形する技術である。
特許文献１では、シート積層タイプの造形装置を用い、熱可塑性ベース粉末（造形材料）を溶融温度まで加熱してから積層を行う技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１４−５３３２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来の技術では、溶融した造形材料が酸化してしまうことが懸念される。造形材料が酸化すると、造形材料の物性の低下や色味の変化、造形材料が搬送体にこびりつくことによる積層不良が生じることが懸念される。
本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、造形材料を加熱する際に、造形材料が酸化してしまうことを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１態様は、搬送体の上に配置した造形材料を、前記搬送体によって積層位置に搬送してステージの上に積層する立体物の製造方法であって、造形対象物のスライス形状データに基づいて前記搬送体の上に造形材料を配置する材料配置工程と、前記搬送体上の前記造形材料が前記積層位置に到達する前に、酸素を含む雰囲気中で前記造形材料を加熱する加熱工程と、加熱された前記造形材料を前記積層位置に移動させ、前記造形材料を前記搬送体と前記ステージとで挟んで前記ステージの上に転写する転写工程と、を有し、前記加熱工程において、前記造形材料の加熱状態は、前記造形材料が酸化しない様に、前記造形材料の温度および加熱時間に基づいて制御される、ことを特徴とする立体物の製造方法を提供する。
【０００６】
本発明の第２態様は、搬送体の上に配置した造形材料を、前記搬送体によって積層位置に搬送してステージの上に積層することにより、立体物を作製する造形装置であって、造形対象物のスライス形状データに基づいて前記搬送体の上に前記造形材料を配置する材料配置部と、前記材料配置部と前記積層位置との間に設けられ、前記搬送体の上の前記造形材料を加熱する加熱部と、前記加熱部によって加熱された前記造形材料の温度を取得する温度取得部と、前記造形材料の温度が所定の時間に達してからの加熱時間を計測する時間
測定部と、前記搬送体により前記積層位置に搬送された前記造形材料が転写されるステージと、前記加熱部および前記搬送体を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記造形材料が酸化しない様に、前記温度取得部で取得した前記造形材料の温度および前記時間測定部で計測した加熱時間に基づいて、前記加熱部または前記搬送体を制御して前記加熱部による前記造形材料の加熱状態を制御する、ことを特徴とする造形装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、造形材料を加熱する際に、造形材料が酸化してしまうことを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１に係る造形装置の全体構成を模式的に示す図
【図２】４つの画像形成部を配置した例を示す概略図
【図３】実施例１の画像形成ユニットの構成について説明するための図
【図４】実施例１の薄膜化ユニットの構成について説明するための概略斜視図
【図５】実施例１の造形装置の動作シーケンスを示すフローチャート
【図６】造形材料の酸化による吸収スペクトルの変化を表す図
【図７】構造材料の表面温度による加熱時間と酸化度合いの推移を表す図
【図８】構造材料の表面温度に対する酸化開始閾値を表す図
【図９】実施例２に係る造形装置の薄膜化ユニットの周囲を示す概略斜視図
【図１０】実施例３に係る造形装置の薄膜化ユニットの周囲を示す概略断面図
【図１１】実施例４に係る造形装置の薄膜化ユニットの周囲を示す概略断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明を実施するための形態を図面を参照して例示的に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、その相対配置など、各種制御の手順、制御パラメータ、目標値などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
本発明は、ＡＭ技術、すなわち、造形材料を２次元に配置した薄層、もしくはそれを溶融した薄膜を積層することによって３次元の立体物（造形物）を作製する技術を採用した造形装置に関する。
造形材料としては、作成する造形物の用途・機能・目的などに応じてさまざまな材料を
選択することができる。本明細書では、造形目的である３次元の立体物を構成する材料を「構造材料」と呼び、作製途中の構造体を支持するためのサポート体（例えばオーバーハング部を下から支える柱）を構成する材料を「サポート材料」と呼ぶ。また両者を特に区別する必要がない場合には、単に「造形材料」という用語を用いる。構造材料としては、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＡＢＳ、ＰＳ（ポリスチレン）など、熱可塑性の樹脂を用いることができる。また、サポート材料としては、構造体からの除去を簡単にするため、熱可塑性と水溶性を有する材料を好ましく用いることができる。サポート材料としては、例えば、糖質、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）などを例示できる。
【００１０】
また、本明細書では、１層分の画像の形成に用いられるデジタルデータを「スライス形状データ」と呼ぶ。スライス形状データに基づき造形材料で形成される１層分の画像を「材料層」又は「材料画像」と呼ぶが、この１層分の画像は、複数の画像形成部で形成された画像により構成されるものであり、各画像形成部で形成される画像は「材料画像」と呼ぶ。また、造形装置を用いて作製しようとする目的の立体物（つまり造形装置に与えられる画像データ（３次元形状データ）が表す物体）を「造形対象物」と呼び、造形装置で作製された（出力された）物体（立体物）を「造形物」と呼ぶ。造形物がサポート体を含む場合において、サポート体を除いた部分が造形対象物を構成する「構造体」となる。
【００１１】
＜実施例１＞
［造形装置の全体構成］
図１を参照して、本発明の実施例１に係る造形装置の全体構成について説明する。図１は、本実施例に係る造形装置の全体構成を模式的に示す図である。
図１に示すように、造形装置１は、概略、制御ユニットＵ１、画像形成ユニットＵ２、薄膜化ユニットＵ４、積層ユニットＵ３を有して構成される。制御ユニットＵ１は、造形対象物の３次元形状データから複数層のスライス形状データを生成する処理、造形装置１の各部の制御などを担うユニットである。画像形成ユニットＵ２は、電子写真プロセスを利用して造形材料からなる材料層を形成するユニットである。薄膜化ユニットＵ４は、画像形成ユニットＵ２で形成され、搬送体により搬送される材料層を、加熱して軟化させることで薄膜化するユニットである。そして、積層ユニットＵ３は、薄膜化ユニットＵ４で薄膜化された複数層の材料層を順に積層し固着することによって、造形物を形成するユニットである。
【００１２】
これらのユニットＵ１〜Ｕ４は、互いに異なる筐体に収められていてもよいし、１つの筐体の中に収められていてもよい。ユニットＵ１〜Ｕ４を別筐体にする構成は、造形装置の用途、要求性能、使用したい造形材料、設置スペース、故障等に応じて、ユニットの組み合わせや交換等を容易に行うことができ、装置構成の自由度及び利便性を向上できるという利点がある。一方、全てのユニットを１つの筐体内に収める構成は、装置全体の小型化、コストダウンなどの利点がある。なお、図１に示すユニット構成はあくまでも一例であり、他の構成を採用した造形装置においても本発明を好適に適用することができる。
【００１３】
［制御ユニット］
以下に、制御ユニットＵ１の構成を説明する。
図１に示すように、制御ユニットＵ１は、その機能として、３次元形状データ入力部Ｕ１０、スライス形状データ計算部Ｕ１１、画像形成ユニット制御部Ｕ１２、薄膜化ユニット制御部Ｕ１４、積層ユニット制御部Ｕ１３等を有する。薄膜化ユニット制御部Ｕ１４は、更に薄膜温度取得部Ｕ１４１、薄膜加熱時間取得部（時間測定部）Ｕ１４２を有する。
３次元形状データ入力部Ｕ１０は、外部装置（例えばパソコンなど）から造形対象物の３次元形状データを受け付ける機能を有する。３次元形状データとしては、３次元ＣＡＤ、３次元モデラー、３次元スキャナ等で作成・出力されたデータを用いることができる。
そのファイル形式は問わないが、例えば、ＳＴＬ（ＳｔｅｒｅｏＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）ファイル形式を好ましく用いることができる。
【００１４】
スライス形状データ計算部Ｕ１１は、３次元形状データで表現された造形対象物を所定のピッチでスライスして各層の断面形状を計算し、その断面形状を基に画像形成ユニットＵ２で画像形成に用いるデータ（スライス形状データ）を生成する機能を有する。さらに、スライス形状データ計算部Ｕ１１は、３次元形状データ又は上下層のスライス形状データを解析して、オーバーハング部（宙に浮く部分）の有無を判断し、必要に応じてスライス形状データに、サポート体の形成に用いられるデータを含ませる。
詳しくは後述するが、本実施例の画像形成ユニットＵ２は複数種類の造形材料を用いた材料層の形成が可能である。そのため、スライス形状データとしては、各造形材料からなる材料画像を形成するためのデータがそれぞれ生成される。このとき、異なる造形材料からなる材料画像同士が重なりを持たないように、各々のスライス形状データにおける像の位置及び形状を調整することが好ましい。像同士が重なると、材料層の厚みにばらつきが生じてしまい、造形物の寸法精度の低下を招いてしまうことが懸念される。スライス形状データのファイル形式としては、例えば、多値の画像データ（各値が造形材料の種類を表す）やマルチプレーンの画像データ（各プレーンが造形材料の種類に対応する）を用いることができる。
【００１５】
画像形成ユニット制御部Ｕ１２は、スライス形状データ計算部Ｕ１１で生成されたスライス形状データを基に、画像形成ユニットＵ２における画像形成プロセスを制御する機能を有する。また、薄膜化ユニット制御部Ｕ１４は、薄膜化ユニットＵ４における薄膜化プロセスを制御する機能を有し、積層ユニット制御部Ｕ１３は、積層ユニットＵ３における積層プロセスを制御する機能を有する。各ユニットでの具体的な制御内容については後述する。
【００１６】
また、図示しないが、制御ユニットＵ１は、操作部、表示部、記憶部も備える。操作部は、ユーザからの指示を受け付ける機能を有する。例えば、電源のオン／オフ、装置の各種設定、動作指示などの入力が可能である。表示部は、ユーザへの情報提示を行う機能を有する。例えば、各種設定画面、エラーメッセージ、動作状況などの提示が可能である。記憶部は、３次元形状データ、スライス形状データ、各種設定値などを記憶する機能を有する。
制御ユニットＵ１は、ハードウエア的には、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ、補助記憶装置（ハードディスク、フラッシュメモリなど）、入力デバイス、表示デバイス、各種Ｉ／Ｆを具備したコンピュータにより構成することができる。上述した各機能部Ｕ１０〜Ｕ１４は、補助記憶装置などに格納されたプログラムをＣＰＵが読み込んで実行し、必要なデバイスを制御することで実現されるものである。ただし、上述した機能部のうちの一部又は全部をＡＳＩＣやＦＰＧＡなどの回路で構成したり、あるいは、クラウドコンピューティングやグリッドコンピューティングなどの技術を利用して他のコンピュータに実行させてもよい。
【００１７】
［画像形成ユニット］
次に、画像形成ユニットＵ２の構成を説明する。
画像形成ユニットＵ２は、電子写真プロセスを利用して造形材料からなる材料層を形成するユニットである。電子写真プロセスは、次のようにして所望の画像を像担持体（感光体）上に形成する手法である。まず、像担持体を一様に帯電し、帯電した像担持体に画像情報に応じた露光を行うことで、画像情報に応じた潜像（静電潜像）を像担持体に形成する。そして、像担持体上の潜像部分に現像剤粒子を付着させて、像担持体に現像剤像を形成する。このような一連のプロセスによって、所望の画像を像担持体上に形成する。
造形装置における電子写真プロセスの原理は、複写機等の２Ｄプリンタで用いられてい
るものと共通する。しかし、造形装置では現像剤として用いられる材料の特性がトナー材料とは異なるものを用いるため、２Ｄプリンタにおけるプロセス制御や部材構造をそのまま利用できない場合もある。
【００１８】
図１に示すように、画像形成ユニットＵ２は、第１の画像形成部１０ａ、第２の画像形成部１０ｂ、中間担持搬送ベルト１１、ベルトクリーニング装置１２、画像検知センサ１３を備えている。
画像形成部１０ａは、造形材料Ｍａを用いて材料画像を形成するための画像形成手段である。画像形成部１０ａは、像担持体１００ａ、像担持体１００ａを帯電する帯電装置１０１ａ、像担持体１００ａを露光して潜像を形成する露光装置１０２ａ、潜像を造形材料Ｍａによって現像し像担持体１００ａ表面に材料画像を形成する現像装置１０３ａを有する。また画像形成部１０ａは、材料画像を中間担持搬送ベルト１１に転写する転写装置１０４ａ、像担持体１００ａをクリーニングするクリーニング装置１０５ａを有する。
画像形成部１０ｂは、造形材料Ｍｂを用いて材料画像を形成するための画像形成手段である。画像形成部１０ｂは画像形成部１０ａ同様に、像担持体１００ｂ、帯電装置１０１ｂ、露光装置１０２ｂ、現像装置１０３ｂ、転写装置１０４ｂ、クリーニング装置１０５ｂを有する。
本実施例では、造形材料Ｍａとして、熱可塑性の樹脂等からなる構造材料を用い、造形材料Ｍｂとして、熱可塑性及び水溶性を有するサポート材料を用いる。なお、オーバーハング部が無くサポート体が必要無い断面の場合には、画像形成部１０ｂでの画像形成は行わない。その場合、構造材料の材料画像のみで材料層が形成されることとなる。各造形材料の粒子の直径は５μｍ以上５０μｍ以下が好ましく、本実施例では約２０μｍのものを用いる。
【００１９】
これらの画像形成部１０ａ，１０ｂは、中間担持搬送ベルト１１の表面に沿って並んで配置されている。なお、図１では、中間担持搬送ベルト１１の回転方向（ベルト表面の移動方向）において、構造材料を用いる画像形成部１０ａを、サポート材料を用いる画像形成部１０ｂよりも上流側に配置したが、画像形成部の配置順は任意である。また、画像形成部の数は２つより多くてもよく、用いる造形材料の種類に応じて適宜増やすことができる。例えば、図２は、４つの画像形成部１０ａ〜１０ｄを配置した例であるが、この場合には、４種類の構造材料で材料画像の形成を行う構成や、３種類の構造材料＋サポート材料で材料画像の形成を行う構成などを採ることができる。また、２つの画像形成部が同じ造形材料を備える構成であってもよい。材質、色、固さ、物性などの異なる複数種類の材料を組み合わせることで、生成する造形物のバリエーションが豊富になる。
このような拡張性に優れる点も、電子写真プロセスを利用した造形装置の利点の一つといえる。
【００２０】
以下、画像形成ユニットＵ２の各部の構成について詳しく説明する。ただし、画像形成部１０ａ〜１０ｄに共通する説明においては、各構成部材の符号に添えた添え字ａ〜ｄを省略し、画像形成部１０、像担持体１００などと記載する。
図３Ａは、画像形成部１０の構成を示す図であり、図３Ｂは、現像装置１０３の詳細構成を示す図である。
（像担持体）
像担持体１００は、潜像を担持するための部材である。本実施例では、アルミニウムなどの金属製シリンダの外周面に光導電性を有する感光体層が形成された感光ドラムが用いられる。感光体としては、有機感光体（ＯＰＣ）、アモルファスシリコン感光体、セレン感光体などを用いることができ、造形装置の用途や要求性能に応じて感光体の種類を適宜選択すればよい。像担持体１００は、不図示の枠体に回転自在に支持されており、材料画像の形成時には不図示の駆動源によって図３Ａにおいて時計周りに一定速度で回転する。
【００２１】
（帯電装置）
帯電装置１０１は、像担持体１００の表面を一様に帯電させるための帯電手段である。本実施例では、コロナ放電による非接触帯電方式を用いるが、帯電ローラを像担持体１００の表面に接触させるローラ帯電方式など他の帯電方式を用いても構わない。
（露光装置）
露光装置１０２は、画像情報（スライス形状データ）に従って像担持体１００を露光し、像担持体１００の表面上に潜像を形成する露光手段である。露光装置１０２は、例えば、半導体レーザや発光ダイオードなどの光源と、高速回転するポリゴンミラー等を有する走査手段と、結像レンズ等の光学部材とを有して構成される。
【００２２】
（現像装置）
現像装置１０３は、現像剤（ここでは、構造材料又はサポート材料の粒子）Ｍを像担持体１００に供給することで、潜像を可視化する現像手段である。なお、本明細書では、像担持体１００上で現像剤によって可視化された像を材料画像と称している。
図３Ｂに示すように、現像装置１０３は、現像剤を収容する容器１０３０と、容器１０３０の内部に設けられる供給ローラ１０３１と、現像剤Ｍを担持し像担持体１００へ供給する現像ローラ１０３２と、現像剤Ｍの厚みを規制する規制部材１０３３とを有する。供給ローラ１０３１及び現像ローラ１０３２は容器１０３０に回転自在に支持されており、材料画像の形成時には不図示の駆動源によって図３Ｂにおいて反時計周りに一定速度で回転する。供給ローラ１０３１によって撹拌し帯電された現像剤粒子が現像ローラ１０３２に供給され、規制部材１０３３によって略１粒子分の厚みとなるように層厚が規制された後、現像ローラ１０３２と像担持体１００の対向部において潜像の現像が行われる。現像方式としては、像担持体１００の表面のうち露光により電荷を除去した部分に現像剤を付着させる反転現像方式と、像担持体１００の表面のうち露光されなかった部分に現像剤を付着させる正規現像方式とがあるが、いずれの方式を用いてもよい。
【００２３】
現像装置１０３は、いわゆる現像カートリッジの構造をとり、画像形成ユニットＵ２に対し着脱自在に設けられているとよい。これにより、カートリッジの交換により現像剤（構造材料、サポート材料）の補充・変更が容易にできる。また、像担持体１００、現像装置１０３、クリーニング装置１０５などを一体のカートリッジとし（いわゆるプロセスカートリッジ）、像担持体自体の交換を可能にしてもよい。構造材料やサポート材料の種類、固さ、粒径により像担持体１００の摩耗や寿命が特に問題となる場合には、プロセスカートリッジ構成の方が実用性・利便性に優れる。
【００２４】
（転写装置）
転写装置１０４は、像担持体１００の周面に形成された材料画像を中間担持搬送ベルト１１の表面へ転写させる転写手段である。転写装置１０４は、中間担持搬送ベルト１１を挟んで像担持体１００の反対側に配置されており、像担持体１００上の材料画像の帯電極性と逆極性の電圧が印加されることで、静電的に材料画像を中間担持搬送ベルト１１へと転写させる。像担持体１００から中間担持搬送ベルト１１への転写を１次転写とも称す。なお、本実施例では、コロナ放電を利用した転写方式を用いるが、ローラ転写方式や、静電転写方式以外の転写方式を用いても構わない。
（クリーニング装置）
クリーニング装置１０５は、転写されずに像担持体１００上に残った現像剤粒子等を回収し、像担持体１００の表面を清浄する手段である。本実施例では、像担持体１００に対しカウンタ方向に当接させたクリーニングブレードによって現像剤粒子を掻き落とすブレード方式のクリーニング装置１０５を採用するが、ブラシ方式や静電吸着方式のクリーニング装置を用いてもよい。
【００２５】
（第１の中間担持搬送ベルト）
中間担持搬送ベルト１１は、各画像形成部１０で形成された材料画像が転写される中間担持体（搬送体）である。画像形成部１０ａから中間担持搬送ベルト１１に構造材料で形成される材料画像が転写された後、それと中間担持搬送ベルト１１上の位置を合わせて、画像形成部１０ａよりも下流側の画像形成部１０ｂからサポート材料で形成される材料画像が転写される。このことで、中間担持搬送ベルト１１の表面上に１枚分（１層分）の材料層が形成される。
中間担持搬送ベルト１１は、樹脂、ポリイミド等の材料で形成された無端状のベルトであり、図１に示すように、複数のローラ１１０，１１１に張架されている。なお、ローラ１１０，１１１の他にテンションローラを設け、中間担持搬送ベルト１１のテンションを調整できるようにしてもよい。ローラ１１０，１１１のうち少なくとも１つは駆動ローラであり、材料画像の形成時には不図示の駆動源の駆動力によって中間担持搬送ベルト１１を図１において反時計周りに回転させる。また、ローラ１１０は、積層ユニットＵ３の２次転写ローラ３１との間で２次転写部Ｎ２を形成するローラである。
【００２６】
（ベルトクリーニング装置）
ベルトクリーニング装置１２は、中間担持搬送ベルト１１の表面に付着した造形材料等をクリーニングする手段である。本実施例では、中間担持搬送ベルト１１に対しカウンタ方向に当接させたクリーニングブレードによって材料を掻き落とすブレード方式のクリーニング装置を採用するが、ブラシ方式や静電吸着方式のクリーニング装置を用いてもよい。
（画像検知センサ）
画像検知センサ１３は、中間担持搬送ベルト１１の表面に担持された材料層を読み取る検知手段である。画像検知センサ１３の検知結果は、材料層の位置合わせ、積層ユニットＵ３とのタイミング制御、材料層の異常検知等に利用される。なお、材料層の異常とは、材料層が所望の像でない、像が無い、厚みのばらつきが大きい、像の位置ずれが大きい等をいう。
【００２７】
[薄膜化ユニット]
次に、薄膜化ユニットＵ４の構成について説明する。図４Ａ，４Ｂは、薄膜化ユニットＵ４の構成について説明するための概略斜視図である。
薄膜化ユニットＵ４は、搬送体としての第２の中間担持搬送ベルト３０によって担持搬送されている材料層が、後述する所定の積層位置に到達する前に、材料層を加熱して軟化させることによりシート状の薄膜を形成するユニットである。
図１，４Ａ，４Ｂに示すように、薄膜化ユニットＵ４は、加熱部材（予備加熱部）４０、温度測定部４１を有する。
【００２８】
（加熱部材）
加熱部材４０は、中間担持搬送ベルト３０に担持されている材料層を加熱して、材料層を構成する造形材料を軟化させるための部材である。
図４Ａでは、加熱部材４０として、金属等からなる板状部材を用い、シーズヒータ等で中間担持搬送ベルト３０の裏面（材料層が担持されていない面）側から材料層Ｍａｂを加熱する形態を示している。図４Ｂでは、他の形態の加熱部材４０として、ハロゲンヒータ等を用いて材料層側から非接触で材料層Ｍａｂを加熱する形態を示している。加熱部材は、図４Ａ，４Ｂに示す形態に限らず、既知の加熱手段を利用できる。なお、図４Ａ，４Ｂでは、中間担持搬送ベルト３０に担持されている材料層に関して、加熱前の材料層をＭａｂで示し、加熱により薄膜化（シート化）された材料層をＭｓで示している。
（温度測定部）
温度測定部４１は、中間担持搬送ベルト３０によって搬送された材料層の表面の温度を測定する温度センサである。具体的には、熱電対等を用いる接触式の温度センサ、又は非接触で温度を測定する放射温度センサ等、既知の温度センサを用いることができる。しか
し、接触式の温度センサを用いた場合には材料層の形状を乱してしまうことが懸念される為、非接触式の温度センサを用いる方が好ましい。
【００２９】
［積層ユニット］
次に、積層ユニットＵ３の構成について説明する。
積層ユニットＵ３は、画像形成ユニットＵ２で形成された材料層を中間担持搬送ベルト１１から受け取り、薄膜化ユニットＵ４によって薄膜化された材料層を順に積層し固着することによって、造形物を形成するユニットである。
図１に示すように、積層ユニットＵ３は、中間担持搬送ベルト３０、２次転写ローラ３１、画像検知センサ３２、ヒータ３３、ステージ３４を備えている。以下、積層ユニットＵ３の各部の構成について詳しく説明する。
【００３０】
（第２の中間担持搬送ベルト）
中間担持搬送ベルト３０は、画像形成ユニットＵ２で形成された材料層を中間担持搬送ベルト１１から受け取り、その材料層を積層位置まで担持搬送する搬送体である。積層位置とは、材料層の積層（作製途中の造形物への積み上げ）が行われる位置であり、図１の構成では、中間担持搬送ベルト３０のうちヒータ３３とステージ３４とで挟まれる部分が積層位置に該当する。
中間担持搬送ベルト３０は、金属、ポリイミド樹脂等の耐熱性を有する材料で形成された無端状のベルトであり、図１に示すように、２次転写ローラ３１、及び、複数のローラ３０１，３０２，３０３，３０４に張架されている。２次転写ローラ３１、ローラ３０１，３０２のうち少なくともいずれかが駆動ローラであり、不図示の駆動源の駆動力による駆動ローラの回転にしたがって中間担持搬送ベルト３０は図１において時計周りに回転する。また、ローラ３０３，３０４は、中間担持搬送ベルト３０のテンションの調整と、積層位置を通過する中間担持搬送ベルト３０の部分（つまり積層時の材料層）を平らに保つ役割も担うローラ対である。
【００３１】
（２次転写ローラ）
２次転写ローラ３１は、画像形成ユニットＵ２の中間担持搬送ベルト１１から、積層ユニットＵ３の中間担持搬送ベルト３０へと、材料層を転写させるための転写手段である。２次転写ローラ３１は、画像形成ユニットＵ２のローラ１１０との間で中間担持搬送ベルト１１及び中間担持搬送ベルト３０を挟み込むことで、両者のベルト間に２次転写部Ｎ２を形成する。そして、不図示の電源により２次転写ローラ３１に材料層の帯電極性とは逆極性の電圧を印加することで、材料層を中間担持搬送ベルト３０へと転写させる。
（画像検知センサ）
画像検知センサ３２は、中間担持搬送ベルト３０の表面に担持された材料層を読み取る検知手段である。画像検知センサ３２の検知結果は、材料層の位置合わせ、積層位置への搬送タイミング制御等に利用される。
【００３２】
（ヒータ）
ヒータ３３は、積層位置に搬送された材料層の温度を制御する温度制御手段である。ヒータ３３としては、例えば、セラミックヒータ、ハロゲンヒータ等を用いることができる。ここで、温度制御手段としては、加熱するためのヒータだけでなく、放熱ないし冷却により材料層の温度を積極的に低下させる構成をさらに有するものであってもよい。
なお、ヒータ３３は、その下面（中間担持搬送ベルト３０に対向する側の面）が平面となっており、積層位置を通過する中間担持搬送ベルト３０のガイドと、材料層に均等な圧力を加える押圧部材の役割も兼ねている。
【００３３】
（ステージ）
ステージ３４は、造形物が積層される平面台である。ステージ３４は、不図示のアクチ
ュエータによって上下方向（積層位置の中間担持搬送ベルト３０のベルト面（ステージ表面（上面）に垂直な方向）に移動可能に構成されている。
ステージ３４は、積層位置まで担持搬送された中間担持搬送ベルト３０上の材料層をヒータ３３との間で挟み込み、加熱、加圧（必要に応じて放熱ないし冷却）を行うことで、中間担持搬送ベルト３０側からステージ３４側へと材料層を転写させる。１層目の材料層はステージ３４の上に直接転写され、２層目以降の材料層はステージ上の作製途中の造形物の上に積み上げられていく。このように本実施例では、ヒータ３３とステージ３４によって、材料層を積層する積層手段が構成される。
【００３４】
［造形装置の動作］
次に、上記構成を有する本実施例の造形装置１の動作について説明する。
ここでは既に制御ユニットＵ１によるスライス形状データの生成処理は完了しているものとして、各層の材料層を形成し、材料層を積層するプロセスを、適宜図面を参照して順に説明する。
図５は、本実施例の造形装置１の動作シーケンスを示すフローチャートである。
【００３５】
（画像形成プロセス）
以下、画像形成プロセスについて説明する。
まず、制御ユニットＵ１は、各画像形成部１０の像担持体１００、中間担持搬送ベルト１１、及び、中間担持搬送ベルト３０が同じ外周速度（プロセス速度）で同期して回転するよう、モータ等の駆動源を制御する。
像担持体１００、中間担持搬送ベルト１１、及び、中間担持搬送ベルト３０の回転速度がそれぞれ安定した後、画像形成部のなかで最上流の画像形成部１０ａでの材料画像の形成動作を開始する（Ｓ４０１）。すなわち、制御ユニットＵ１は、帯電装置１０１ａを制御し、像担持体１００ａの表面全域を所定の極性でかつ所定の帯電電位で均一に帯電させる。続いて制御ユニットＵ１は、形成する画像に応じた情報によって、帯電した像担持体１００ａの表面を露光装置１０２ａによって露光する。ここでは、露光によって電荷を除去することにより、露光部と非露光部との間に電位差を形成する。この電位差による像が潜像である。一方、制御ユニットＵ１は、現像装置１０３ａを駆動して、像担持体１００ａ上の潜像に構造材料の粒子を付着させ、構造材料の材料画像を形成する。この材料画像は、転写装置１０４ａによって中間担持搬送ベルト１１上へと１次転写される。
【００３６】
また、制御ユニットＵ１は、画像形成部１０ａでの材料画像の形成動作の開始から所定の時間差で下流側の画像形成部１０ｂの材料画像の形成動作を開始する（Ｓ４０２）。画像形成部１０ｂにおける材料画像の形成動作も、画像形成部１０ａと同様の手順で行われる。ここで、材料画像の形成動作の開始時間の時間差は、上流側の画像形成部１０ａにおける１次転写部Ｎ１から下流側の画像形成部１０ｂにおける１次転写部Ｎ１までの距離をプロセス速度で割った値に設定される。これにより、それぞれの画像形成部１０ａ，１０ｂで形成された２つの材料画像が中間担持搬送ベルト１１上で位置合わせして配置され、構造材料とサポート材料からなる１層分の材料層が形成される（１次転写）（Ｓ４０３）。なお、オーバーハング部がなく、サポート部分が必要無い断面の場合には、画像形成部１０ｂにおいて材料画像の形成動作は行われない。その場合、構造材料の材料画像のみで材料層が形成されることとなる。
その後、材料層は、中間担持搬送ベルト１１によって積層ユニットＵ３へと搬送される。
【００３７】
（薄膜化プロセス）
上記のように材料画像の形成動作が行われている間、積層ユニットＵ３の中間担持搬送ベルト３０は中間担持搬送ベルト１１に接触した状態で、同じ外周速度（プロセス速度）で同期回転している。そして、中間担持搬送ベルト１１上の材料層の前端が２次転写部Ｎ
２に到達するタイミングに合わせて、制御ユニットＵ１が２次転写ローラ３１に所定の転写バイアスを印加し、材料層を中間担持搬送ベルト３０へ転写させる（Ｓ４０４）。
中間担持搬送ベルト３０は、プロセス速度のまま回転を続け、材料層を図１の矢印Ａ方向に搬送する。材料層が薄膜化ユニットＵ４まで搬送されると（Ｓ４０５）、制御ユニットＵ１は、中間担持搬送ベルト３０の駆動を停止させ、加熱部材４０によって材料層を加熱することで軟化させ、薄膜を形成させる（Ｓ４０６）。
【００３８】
ここで、ステップＳ４０６の薄膜化プロセスについて、図５を参照して詳細に説明する。
まず、中間担持搬送ベルト３０によって搬送された材料層が薄膜化ユニットＵ４まで搬送されると、制御ユニットＵ１は、中間担持搬送ベルト３０の駆動を停止させる。この状態で、温度測定部４１は材料層の表面の温度測定を行う（Ｓ４０６１）。制御ユニットＵ１は、温度測定部４１によって測定された材料層の表面温度を取得し、所望の温度に到達した後、加熱時間の測定を開始し、加熱時間を取得する（Ｓ４０６２）。このとき、制御ユニットＵ１は、材料層の表面温度の取得結果と、加熱時間の測定結果と、図８を用いて後述する、造形材料の温度と加熱時間の関係テーブルから参照した造形材料の酸化開始閾値とから、造形材料が酸化するタイミングを推測する。図８の造形材料の温度と加熱時間の関係テーブルは、制御ユニットＵ１の記憶部に記憶されている。
【００３９】
ここで、造形材料の酸化開始閾値に関して説明する。
図６Ａは、構造材料の一例であるＡＢＳが酸化していないとき（２００℃、１分加熱）の吸収スペクトル（破線）と、酸化したとき（２５５℃、５分加熱）の吸収スペクトル（実線）を比較した図である。同様に、図６Ｂは、ＰＰ（ポリプロピレン）が酸化していないとき（１６０℃、１分加熱）の吸収スペクトル（破線）と、酸化したとき（２５５℃、５分加熱）の吸収スペクトル（実線）を比較した図である。
吸収スペクトルは、加熱後のＡＢＳ又はＰＰの表面をＳｐｅｃｔｒｕｍ  Ｏｎｅ（ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ社製；ＦＴ−ＩＲ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いて測定した。図６Ａ，６Ｂから分かるように、ＡＢＳ又はＰＰが酸化したとき、１７００ｃｍ−１付近に吸収ピークが現れる。これはＡＢＳ又はＰＰが酸化したことにより、新たに炭素と酸素の二重結合（Ｃ＝Ｏ）が生成されたことに起因する。
【００４０】
図７Ａは、ＡＢＳの表面温度（加熱温度）と加熱時間を振ったときの酸化度合いを示す図である。図７Ｂは、ＰＰの表面温度（加熱温度）と加熱時間を振ったときの酸化度合いを示す図である。
ＡＢＳに関しては図６Ａにおいて、Ｃ＝Ｏの吸収スペクトルのピーク値（１７００ｃｍ−１付近）と、耐熱性が高く分解し難いアクリロニトリルの炭素と酸素の三重結合の吸収スペクトルのピーク値（２２３０ｃｍ−１付近）の比を取り、酸化度合いとして評価した。ＰＰに関しては図６Ｂにおいて、Ｃ＝Ｏの吸収スペクトルのピーク値（１７００ｃｍ−１付近）と、ＰＰを構成する炭素と水素の結合（Ｃ−Ｈ）の吸収スペクトルのピーク値（３０００ｃｍ−１付近）の比を取り、酸化度合いとして評価した。
図７Ａ，７Ｂから、ＡＢＳもＰＰも表面温度が高いほど短い加熱時間で酸化が進行していることが分かる。一方で、例えばＡＢＳやＰＰを２１５℃で加熱した場合は、ある加熱時間までは酸化が進行しないが、その後、急激に酸化が進行していることが分かる。
図８は、ＡＢＳ（実線）とＰＰ（破線）の表面温度を振ったときの、酸化が急激に進行する直前の表面温度と加熱時間の関係テーブルを示した図であり、この関係テーブルが記憶部に記憶されている。つまり、図８は、ＡＢＳ（実線）とＰＰ（破線）の酸化開始閾値を示す図であり、図８の曲線より低温側・短時間側では酸化が進行せず、高温側・超時間側では酸化が進行することを示している。ここで、本明細書では、説明の便宜上、図８に示す関係テーブル上において、造形材料のある表面温度に対する加熱時間を示す座標点を関係値という。
【００４１】
ステップＳ４０６の薄膜化プロセスについて引き続き説明する。
制御ユニットＵ１は、図８に示した造形材料の酸化開始閾値を参照し、造形材料が酸化するタイミングを推測して、造形材料の関係値が酸化開始閾値に到達する前に、中間担持搬送ベルト３０を駆動させる（Ｓ４０６３）。そして、材料層を薄膜化ユニットＵ４の領域外に搬送する（Ｓ４０６４）。一例として、ＡＢＳとＰＰの材料からなる材料層を薄膜化ユニットＵ４において２００℃で加熱する場合について説明する。この場合には、図８に示した通り、ＡＢＳよりもＰＰの方が酸化開始閾値が短時間側である為、ＰＰの酸化開始閾値に到達する前に、材料層を薄膜化ユニットＵ４の領域外に搬送する。中間担持搬送ベルト３０上（搬送体上）の材料層が、加熱部材４０に対向する領域から離れて、薄膜化ユニットＵ４の領域外に搬送されると、材料層が加熱部材４０から受ける加熱の影響が低減される。このことで、中間担持搬送ベルト３０上の材料層の表面温度が低下する。
【００４２】
（積層プロセス）
その後、中間担持搬送ベルト３０は同じプロセス速度のまま回転を続け、材料層を図１の矢印Ａ方向に搬送する。そして、画像検知センサ３２によってベルト上の材料層の位置を検知すると、制御ユニットＵ１はその検知結果を基に材料層を所定の積層位置まで搬送する（Ｓ４０７）。材料層が積層位置に到達するタイミングで制御ユニットＵ１は中間担持搬送ベルト３０を停止し、材料層を積層位置に位置決めする（Ｓ４０８）。その後、制御ユニットＵ１はステージ３４を上昇させ（ベルト面に近づけ）、ステージ面（１層目の場合）又はステージ表面上に形成された造形物の上面（２層目以降の場合）を中間担持搬送ベルト３０上の材料層に接触させる（Ｓ４０９）。
【００４３】
この状態のまま、制御ユニットＵ１は、所定の温度制御シーケンスにしたがって、ヒータ３３の温度を制御する。具体的には、最初に、第１の目標温度までヒータ３３を加熱する第１の温度制御モードを所定時間行って、材料層を構成する造形材料を熱溶融させる（Ｓ４１０）。これにより材料層が軟化し、ステージ表面又はステージ上の造形物上面と、シート状の材料層とが密着する。
このとき、ステージ表面又はステージ上の造形物と材料層との間は密着した状態となっている為、空気が非常に少ない状態（酸素が少ない状態）にあり、材料層を加熱しても酸化が進行することはない。その後、第１の目標温度よりも低い第２の目標温度となるようにヒータ３３を制御する第２の温度制御モードを所定時間行い、軟化した材料層を固化させる（Ｓ４１１）。
【００４４】
ここで、温度制御シーケンス、目標温度、加熱時間などは、材料画像の形成に用いられる造形材料、すなわち構造材料及びサポート材料の特性に応じて設定される。例えば、第１の温度制御モードにおける第１の目標温度は、材料画像の形成に用いられる各造形材料の融点又はガラス転移点のうち最も高い温度よりも高い値に設定される。一方、第２の温度制御モードにおける第２の目標温度は、材料画像の形成に用いられる各造形材料の結晶化温度又は非晶質材のガラス転移点のうち最も低い温度よりも低い値に設定される。
このような温度制御を行うことにより、異なる熱溶融特性をもつ複数種類の造形材料が混在した材料層の全体を共通の溶融温度領域で熱可塑化（軟化）させた後、共通の固化温度領域で材料層全体を固化させることができる。したがって、複数種類の造形材料が混在した材料層の溶融・固着を安定して行うことが可能になる。
【００４５】
なお、第１の温度制御モード及び第２の温度制御モードにおいては、温度の制御域が広過ぎると、温度制御を安定化させるのに時間がかかり、積層プロセス時間が必要以上にかかってしまう。それゆえ、第１の目標温度の制御域は、材料画像の形成に用いられる各造形材料の融点又はガラス転移点のうち最も高い温度を下限温度とし、上限温度は下限温度の＋５０℃程度に設定するとよい。同じように、第２の目標温度の制御域は、材料画像の
形成に用いられる各造形材料の結晶化温度又は非晶質材のガラス転移点のうち最も低い温度を上限温度とし、下限温度は上限温度の−５０℃程度に設定するとよい。例えば、構造材料としてＡＢＳ（ガラス転移点：１３０℃）を用い、サポート材料としてマルトテトラオース（ガラス転移点：１５６℃）を用いた場合には、次のように設定するとよい。すなわち、第１の目標温度の制御域を下限１５６℃以上、上限２０６℃以下とし、第２の目標温度の制御域を下限８０℃以上、上限１３０℃以下に設定するとよい。
第２の温度制御モード終了後、制御ユニットＵ１はステージ３４を下降させる（Ｓ４１２）。以上の一連の動作により、積層プロセスは終了する。その後、次層の画像形成プロセスの実行が開始される（Ｓ４０１〜）。
【００４６】
以上述べた画像形成プロセスと積層プロセスを必要回数繰り返すことで、ステージ３４上に所望の造形物が形成される。
最後に、ステージ３４から造形物を取り外し、温水などで水溶性のサポート体を除去することで、所望の造形対象物を得ることができる。サポート体を除去した後、さらに、造形対象物に対して表面処理や組立等の所定の処理を施すことにより、最終製品を得てもよい。
【００４７】
［本実施例の利点］
以上述べた本実施例の造形装置によれば、造形材料の関係値が酸化開始閾値に到達する前に、材料層を薄膜化ユニットＵ４の領域外に搬送することで、材料層の表面温度を低下させることができる。材料層のうち主として空気が触れる部分である表面部分の温度を低下させることができるので、これにより、材料層の酸化を抑制することができる。材料層の酸化を抑制することで、造形材料の物性の低下や色味の変化、造形材料が中間担持搬送ベルト３０にこびりつくことによって生じる積層不良を抑制することができる。
また、造形中において造形装置のキャリブレーション動作やエラー停止等が生じた場合においても、材料層が酸化する前に薄膜化ユニットＵ４の領域外に搬送することで酸化を抑制することができる。このため、加熱された材料層を、造形装置の動作再開時に除去することなく、そのまま積層することができる利点もある。
【００４８】
＜実施例２＞
図９は、本実施例に係る造形装置の薄膜化ユニットＵ４の周囲を拡大して示す概略斜視図である。
実施例１では、造形材料の関係値が酸化開始閾値に到達する前に、中間担持搬送ベルト３０を駆動させて薄膜化ユニットＵ４の領域外に材料層を搬送した。これに対して本実施例では、造形材料の関係値が酸化開始閾値に到達する前に、薄膜化ユニットＵ４の加熱部材４０を駆動させ、加熱部材４０を材料層から離すことで、材料層の表面の温度を低下させ、酸化を抑制する点で異なる。以下、実施例１と共通する部分の説明は割愛し、本実施例に特有の構成についてのみ説明を行う。
【００４９】
本実施例に係る造形装置の加熱部材４０は、駆動装置４０１により中間担持搬送ベルト３０の表面に対して垂直方向に移動可能に構成されている。そして加熱部材４０は、駆動装置４０１の駆動により中間担持搬送ベルト３０上の材料層を加熱する通常位置（図９に４０ａで示す位置）と、中間担持搬送ベルト３０上の材料層に対し通常位置よりも離れた離間位置（図９に４０ｂで示す位置）との間を移動する。
駆動装置４０１はアクチュエータであり、制御部Ｕ１からの指示に従って、中間担持搬送ベルト３０の表面に対して垂直方向に加熱部材４０を移動させる。駆動装置４０１としては、圧電素子、ネジ機構、シリンダ機構、ピストン機構、モータ等を使用することができる。
【００５０】
本実施例では、制御部Ｕ１は、薄膜化ユニットＵ４に搬送された材料層の表面温度と加
熱時間を測定し、造形材料の酸化開始閾値を参照して、造形材料の関係値が酸化開始閾値に到達する前に駆動装置４０１を駆動して、加熱部材４０を移動させる。このとき、制御部Ｕ１は、駆動装置４０１を駆動して、中間担持搬送ベルト３０の表面に対して垂直方向に加熱部材４０を移動させる。
これにより、加熱部材４０は、図９に４０ａで示す通常位置（材料層を加熱する位置）から、図９に４０ｂで示す離間位置に移動する。
その後、材料層が薄膜化ユニットＵ４の領域外に搬送されると、加熱部材４０は、図９に４０ａで示す通常位置に戻る。
以上述べた本実施例の構成によっても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００５１】
＜実施例３＞
図１０は、本実施例に係る造形装置の薄膜化ユニットＵ４の周囲を拡大して示す概略断面図である。実施例２では、造形材料の関係値が酸化開始閾値に到達する前に、加熱部材４０を材料層から離間させることで、材料層の表面温度を低下させた。これに対して本実施例では、造形材料の関係値が酸化開始閾値に到達する前に、冷却機構４４を駆動させて、材料層の表面の温度を低下させる点で異なる。以下、実施例１，２と共通する部分の説明は割愛し、本実施例に特有の構成についてのみ説明を行う。
【００５２】
制御部Ｕ１は、薄膜化ユニットＵ４に搬送された材料層の表面温度と加熱時間を測定し、造形材料の酸化開始閾値を参照して、造形材料の関係値が酸化開始閾値に到達する前に、冷却機構４４を駆動させる。冷却機構としては、空冷方式を用いることができ、ファンによって外気を材料層に向けて送るものであるとよく、冷媒等によって冷却された空気を材料層に向けて送るものであってもよい。
その後、材料層が薄膜化ユニットＵ４の領域外に搬送されると、冷却機構４４の駆動は停止される。
以上述べた本実施例の造形装置によれば、造形材料の関係値が酸化開始閾値に到達する前に、空冷方式によって材料層の表面の温度を低下させることができ、材料層の酸化を抑制することができる。したがって、実施例１，２と同様の作用効果を奏することができる。
【００５３】
＜実施例４＞
図１１Ａ，１１Ｂは、本実施例に係る造形装置の薄膜化ユニットＵ４の周囲を拡大して示す概略断面図である。本実施例では、材料層を冷却する冷却部材４５を、中間担持搬送ベルト３０上の材料層に対して接離可能に備えることを特徴とする。以下、実施例１〜３と共通する部分の説明は割愛し、本実施例に特有の構成についてのみ説明を行う。
図１１Ａ，１１Ｂに示すように、本実施例では、薄膜化ユニットＵ４は、冷却部材４５と、駆動装置４５１を備える。駆動装置４５１はアクチュエータであり、制御部Ｕ１からの指示に従って、冷却部材４５を中間担持搬送ベルト３０の表面に対して垂直方向に駆動する。駆動装置４５１としては、圧電素子、ネジ機構、シリンダ機構、ピストン機構、モータ等を使用することができる。
【００５４】
冷却部材４５は、金属等からなる板状の部材であり、駆動装置４５１に駆動されることで、中間担持搬送ベルト３０上の材料層に対して接離可能に配置されている。冷却部材４５は、駆動装置４５１の駆動により中間担持搬送ベルト３０の表面に対して垂直方向に移動可能であり、図１１Ａに示す待機位置と、図１１Ｂに示す、材料層に当接する当接位置（冷却位置）との間を移動する。冷却部材４５は、材料層に当接したときに、冷却部材４５の平面部分が材料層に当接するように配置されている。造形装置の動作時において、冷却部材４５は、材料層に当接したときに材料層の表面温度を低下させることができるように冷却された状態にある。このとき、冷却部材４５は、放熱によって冷却された状態にあ
るとよいが、冷却機構を備え、空冷又は冷媒によって冷却されるものであってもよい。冷却部材４５の表面は、耐熱性と高離型性を備えた材料であることが好ましく、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦE）等のフッ素
樹脂を用いることができる。
【００５５】
制御部Ｕ１は、薄膜化ユニットＵ４に搬送された材料層の表面温度と加熱時間を測定し、造形材料の酸化開始閾値を参照して、造形材料の関係値が酸化開始閾値に到達する前に、冷却部材４５を図１１Ａに示す待機位置から、図１１Ｂに示す当接位置に移動させる。
その後、（制御部Ｕ１）は、中間担持搬送ベルト３０を駆動する前に、冷却部材４５を図１１Ａに示す待機位置に戻す。冷却部材４５と材料層が離間した後、制御部Ｕ１は、中間担持搬送ベルト３０を駆動させ、材料層を積層位置に搬送する。
以上述べた本実施例の構成によっても、造形材料の関係値が酸化開始閾値に到達する前に、材料層を冷却部材４５によって冷却することで、材料層の表面温度を低下させ、材料層の酸化を抑制することができる。したがって、実施例１〜３と同様の作用効果を奏することができる。
【００５６】
以上、本発明の好ましい実施例１〜４について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
例えば、上述の実施例では、複数の中間担持搬送ベルトを使用したが、これに限るものではなく、画像形成ユニットＵ２で中間担持搬送ベルト３０に材料層を直接形成するように構成して、中間担持搬送ベルト１１を省く構成にしてもよい。
また、上述の実施例においては、薄膜化ユニットＵ４において、中間担持搬送ベルト３０上の材料層を薄膜化するために加熱する際に、材料層が酸化してしまうことを抑制する構成について説明した。しかし、ヒータ３３により加熱する前の材料層を予備加熱する形態であれば、薄膜化を目的とする加熱に限らず、本発明を適用することで、材料層の酸化を抑制することができる。すなわち、中間担持搬送ベルト３０上の材料層をステージ３４上に積層するときに当該材料層に対して行われるヒータ３３による加熱の前に、当該材料層を予備加熱する構成において、本発明を好適に適用することができる。なお、予備加熱部における設定温度は、装置の仕様（造形物の作製スピード等）に応じて適宜設定されている。
【００５７】
また、上述の実施例１では、中間担持搬送ベルト３０の駆動を停止した状態で、薄膜化プロセスを行うものであったが、これに限るものではない。実施例２〜４において薄膜化プロセスを行う場合、中間担持搬送ベルト３０の駆動を停止した状態であってもよいし、中間担持搬送ベルト３０を駆動させたままの状態であってもよい。例えば造形装置が次のような構成の場合に、中間担持搬送ベルト３０を駆動させたままの状態で薄膜化プロセスを行うとよい。それは、造形装置が、材料層の積層時に、ステージ３４と中間担持搬送ベルト３０との間に材料層を挟んだ状態で、ステージ３４が中間担持搬送ベルト３０とともに移動可能に構成されている場合である。中間担持搬送ベルト３０を駆動させたままの状態で薄膜化プロセスを行う場合には、予備加熱部を通過する時間を加熱時間とすることができる。
また、上述の実施例では、材料層の表面温度を温度測定部４１により測定したが、これに限るものではない。例えば、加熱部材４０の設定温度と、材料層の加熱時間と、材料層の表面温度との関係を制御部Ｕ１の記憶部に記憶させ、加熱時間を測定することで、材料層の表面温度を取得するように構成されるものであってもよい。
なお、加熱部材４０の設定温度は、適宜変更されるものであってもよい。例えば、薄膜化プロセスにおいて、造形材料の関係値が酸化開始閾値に到達する前に、上述の各実施例における、材料層の表面温度を低下させる動作とともに、加熱部材４０の設定温度を下げるか、加熱部材４０の加熱動作を停止させてもよい。これにより、材料層の表面温度をより効率よく低下させることができる。
【００５８】
また、上述の実施例では、造形材料が２種類の場合について説明したが、これに限るものではない。造形材料は造形装置の仕様に応じて複数種類用いることができる。この場合には、複数種類の造形材料にそれぞれ応じて、図８の酸化開始閾値を示す関係テーブルが記憶部に記憶される。そして、造形装置の動作時には、材料層の形成に用いる造形材料の種類に応じた関係テーブルの酸化開始閾値を参照して、造形材料が酸化するタイミングを推測し、造形材料の関係値が酸化開始閾値に到達する前に、材料層の表面温度を低下させる上述の動作を行う。１層分の材料層が、複数の造形材料で形成されている場合には、当該複数の造形材料のなかで酸化するタイミングが最も早いと推測される造形材料の関係値が酸化開始閾値に到達する前に、材料層の表面温度を低下させる上述の動作を行う。
このような造形材料の種類に応じた関係テーブルは、造形材料が収容されたカートリッジを交換したときに、カートリッジ内の造形材料の種類に応じて自動的に切り替えられて設定されるものであるとよい。また、図８に示す関係テーブルは、制御ユニットＵ１の記憶部に記憶されるものであるが、これに限らず、カートリッジ側に設けられた記憶部に記憶されるものであってもよい。
また、上述した各実施例を可能な限り組み合わせることができる。例えば、上述した実施例１〜３を組み合わせてもよく、実施例２〜４を組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１…造形装置、１０…画像形成部、３０…中間担持搬送ベルト、３４…ステージ、４０…加熱部材、Ｕ１…制御ユニット、Ｕ１４１…薄膜温度取得部、Ｕ１４２…薄膜加熱時間取得部
【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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【図１０】
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【図１１】
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