(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体の表面に液体によって設けられた膜状の液体パターンを提供し、前記液体パターンに付着するように第１の粒径の第１の粉体を付与し、前記液体に付着しなかった前記第１の粉体を除去して得た第１の粉体によるパターンに対してさらに前記第１の粒径より小さい第２の粒径の第２の粉体を付与した後、前記媒体上の前記第１の粉体および前記第２の粉体が付与された前記液体パターンから振動を利用して前記第２の粉体を除去することを特徴とするパターンの形成方法。
【請求項２】
前記膜状の液体パターンの全体に対して前記第１の粉体を振りかけることにより前記液体パターンに粉体を付与することを特徴とする請求項１に記載のパターンの形成方法。
【請求項３】
前記第１の粉体および前記第２の粉体それぞれについて、粉体に含まれる複数の粒子はともに球形状であり、前記２の粉体の半径は前記第１の粉体の半径の５０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のパターンの形成方法。
【請求項４】
インクジェット法を用いて前記液体を前記媒体に付与することにより前記液体パターンを提供することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパターンの形成方法。
【請求項５】
前記液体パターンを、インクと、インクの流動性を抑制するための反応液によって形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のパターンの形成方法。
【請求項６】
前記インクは顔料インクであり、前記反応液は前記顔料インクと反応する金属塩を含むことを特徴とする請求項５に記載のパターンの形成方法。
【請求項７】
前記第１および第２の粉体は熱可塑性樹脂を含み、前記液体パターンに前記第１の粉体および第２の粉体を付与して得たパターンを加熱して溶融することを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパターンの形成方法。
【請求項８】
同じ液体パターンに対する粉体の付与と前記液体パターンに付着しなかった粉体の除去とを順に行うことを、複数回行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のパターンの形成方法。
【請求項９】
前記第１の粉体および前記第２の粉体それぞれについて、粉体に含まれる複数の粒子はともに球形状であり、前記２の粉体の半径は前記第１の粉体の半径の３０％以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のパターンの形成方法。
【請求項１０】
媒体の表面に膜状の液体パターンを提供する提供手段と、前記液体パターンに付着するように第１の粒径の第１の粉体を付与する第１の付与手段と、前記液体パターンに付着するように前記第１の粒径より小さい第２の粒径の第２の粉体を付与する第２の付与手段と、付与され、前記液体に付着しなかった粉体を除去する除去手段と、を備え、前記第１の付与手段によって前記液体パターンに付与されて前記液体に付着しなかった前記第１の粉体を前記除去手段が振動を用いて除去し、得られた第１の粉体によるパターンに対して、前記第２の付与手段が前記第２の粉体を付与した後、前記除去手段は、前記媒体上の前記第１の粉体および前記第２の粉体が付与された前記液体パターンから振動を利用して前記第２の粉体を除去することを特徴とするパターンの製造装置。
【請求項１１】
前記第１の付与手段は、前記膜状の液体パターンの全体に対して前記第１の粉体を振りかけることにより前記液体パターンに粉体を付与することを特徴とする請求項１０に記載のパターンの製造装置。
【請求項１２】
前記第１および第２の粉体それぞれについて、粉体を形成する複数の粒子はともに球形状であり、前記第２の粉体の半径は前記第１の粉体の半径の５０％以下であることを特徴とする請求項１０または１１に記載のパターンの製造装置。
【請求項１３】
転写体の表面に膜状の液体パターンを提供する提供手段と、前記液体パターンに付着するように第１の粒径の第１の粉体を付与する第１の付与手段と、前記液体パターンに付着するように前記第１の粒径より小さい第２の粒径の第２の粉体を付与する第２の付与手段と、付与され、前記液体に付着しなかった粉体を除去する除去手段と、前記転写体の表面に設けられた前記粉体と前記液体パターンによって形成された層を形成中の立体物に転写する転写手段と、を備え、
前記第１の付与手段によって前記液体パターンに付与されて前記液体に付着しなかった前記第１の粉体を前記除去手段によって除去し、得られた第１の粉体によるパターンに対して、前記第２の付与手段が粉体を付与することを特徴とする立体物の製造装置。
【請求項１４】
前記第１の粉体および第２の粉体それぞれについて、粉体を形成する複数の粒子はともに球形状であり、前記２の粉体の半径は前記第１の粉体の半径の５０％以下であることを特徴とする請求項１３に記載の立体物の製造装置。
【請求項１５】
前記第１の付与手段は、前記膜状の液体パターンの全体に対して前記第１の粉体を振りかけることにより前記液体パターンに前記第１の粉体を付与し、前記液体パターンに付与されて前記液体に付着しなかった前記第１の粉体を前記除去手段によって除去し、得られた第１の粉体によるパターンに対して、前記第２の付与手段は、前記第２の粉体を振りかけることにより前記液体パターンに前記第２の粉体を付与することを特徴とする請求項１３乃至１４のいずれか１項に記載の立体物の製造装置。
【請求項１６】
前記第１の粉体によるパターンに対して、前記第２の付与手段が前記第２の粉体を付与した後、前記転写体上の前記第１の粉体および前記第２の粉体が付与された前記液体パターンから振動を利用して前記第２の粉体を除去することを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の立体物の製造装置。
【請求項１７】
前記第１の粉体および前記第２の粉体それぞれについて、粉体に含まれる複数の粒子はともに球形状であり、前記２の粉体の半径は前記第１の粉体の半径の３０％以下であることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の立体物の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンの形成方法、パターンの製造装置、立体物の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル印刷技術が急速に普及してきている。デジタル印刷は版を必要としないため、少量での生産がし易く、昨今の短納期少量生産に歓迎されている。写真や雑誌などのような一般的な印刷物に関しては、アナログ印刷と遜色ない品質で印刷できるようになったデジタル印刷技術であるが、厚膜印刷に関してはまだ課題が多く残されている。その中でも、インクや記録媒体の材料が限定されることは大きな課題である。厚膜印刷では、通常の印刷物に比べて画像情報以外に盛り込まれる価値が大きい。すなわちそれは、記録媒体やインク（パターニング）材料が広範囲に選べることが重要となる。たとえば、アナログの厚膜印刷技術の方法であるスクリーン印刷技術であれば、印刷画像の一部を厚膜化し意匠価値を高めたり、導電性インクを用いて電気回路などの印刷を行ったりすることが出来る。これに対して、デジタル印刷で、厚膜印刷が可能な手段となっているＵＶ−ＩＪ（インクジェット）方式や、電子写真方式はそれぞれ、インク（パターニング）材料の制約が大きい。ＵＶ−ＩＪであればＩＪで吐出し得る感光性樹脂に限られるし、電子写真方式では、静電気特性の限られた樹脂に限定される。厚膜印刷時に、インク（パターニング）材料の自由度を高める提案がなされている。たとえば、特許文献１に寄れば、記録面上に、インクで高精度な薄膜パターンを形成し、インクの付着力をもって該インクパターン上に樹脂粉末を付着させ、これを溶融等の手段で皮膜化させる事で比較的広範囲な材料の厚膜パターンを得る事が出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−４５１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の方法では、インクのパターンに熱可塑性樹脂の粉末を付着させて画像上に透明樹脂層を形成することが出来る。この熱可塑性樹脂の粒子サイズを大きくすれば厚膜パターンの生成が可能であると思われた。しかし、粒子サイズを大きくするとパターンの解像度が低下してしまうことが判明した。
【０００５】
パターンの元となるインク像は薄膜であるため、パターンの膜厚を決定する支配的要因は粉体のサイズである。たとえば、大きな径の粉体を用いれば大きな膜厚が、小さな径の粉体を用いれば小さな膜厚となる。同時に、用いる粒子径は解像性にも影響を及ぼし、小径粒子を用いた場合に比べ、大径粒子を用いた場合の解像度は大きく低下してしまうことが判明した。
【０００６】
よって、高解像度且つ大きな膜厚のパターンを得たい場合、小径粒子によるパターンを複数層重ねる必要が生じ、パターン形成のための印刷回数の増加は生産性を低下させてしまう事となる。ましてやパターンの積層を繰り返して構造体を造形する場合は、積層回数が非常に多なるという問題が生じ得るのである。
【０００７】
本発明は、上記問題を鑑みなされたものであり、パターンの解像性の低下を抑制しながら、粉体を利用して膜厚を稼いでパターンを形成することを可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
媒体の表面に液体によって設けられた膜状の液体パターンを提供し、前記液体パターンに付着するように第１の粒径の第１の粉体を付与し、前記液体に付着しなかった前記第１の粉体を除去して得た第１の粉体によるパターンに対してさらに前記第１の粒径より小さい第２の粒径の第２の粉体を付与した後、前記媒体上の前記第１の粉体および前記第２の粉体が付与された前記液体パターンから振動を利用して前記第２の粉体を除去することを特徴とするパターンの形成方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、先に付与した粉体同士の隙間に後から付与された粉体が入り込むことで、液体によるパターンの像にならった粉体のパターンを得ることができる。これにより、パターンの解像性の低下を抑制しながら、粉体を利用して膜厚を稼いでパターンを形成することを可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る積層造形装置の概略図である。
【図２】図１の積層造形装置の制御系の一例を示すブロック図である。
【図３】実施形態における粒子付着の状態を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は本実施形態に係る立体物の形成方法を実現するための立体物の製造装置である、積層造形装置１００の一例の概略図である。本装置では、ベルト状に配置した中間転写体１（以下転写体１）上で立体物の断面形状の一層のパターニングを行い、搬送機構である搬送ローラー２によって各プロセスユニットを通過した後に積層装置１１に送り、ここで立体物に積層する。転写体１は中間的な記録媒体として用いられる。
【００１２】
図１の装置において、転写体１の表面に造形物の断面層を形成した後、形成中の立体物に造形物の断面層を転写させる必要がある。そのため、転写体１を形成する材料は造形物断面パターンを形成する造形材料に対して離型性の高い材料が好ましい。離型性を有せずとも、たとえば、オフセット印刷のような泣き別れ転写となっても立体物は作成可能であるが、造形精度が劣るものになってしまうため、転写体上の造形材料が全て転写される状態であることが望ましい。
【００１３】
また、転写を安定的に行うためには、転写体１が少なからず弾性を有することが望ましい。転写体１の好適な材料としては、シリコーンゴムやフッ素ゴムが挙げられる。これら材料はパターニングに用いる造形材料によっては弾きが生じてしまうことがあるので、材料に応じて表面処理をして転写体１に用いるとさらに好適である。ゴム硬度は弾性体の厚みにもよるが、厚い場合は硬いゴムを、薄い場合は柔らかめのゴムを用いると良い。厚い場合は８０°ほどの硬いゴムが良いが、図中の装置のように、薄いベルト状の転写体１を扱う場合、ゴム硬度は５０°〜２０°位の柔らかめのゴムを０．１〜０．５ｍｍ程度の薄膜としたものを転写体１として使うと良い。高い精度を求める場合は弾性のない、テフロン（登録商標）シートやサブミクロンの厚みで離型剤がコートされたような平滑フィルムが好適である。ただし、弾性のない転写体を用いる場合、記録媒体と転写体表面を全面に渡って均等に加圧するためには装置や部材に高い寸法精度と制御技術が必要となるため、目的に合わせて選択することが望ましい。
【００１４】
また、金属粉などを造形材料にする場合は耐熱性の高い窒化ホウ素などにより表面を離型処理した転写体１を用いることが好適である。
【００１５】
以下に積層造形装置で行なう積層工程について説明を行なう。
【００１６】
図１の装置では、まず転写体１上にインクジェット装置３から液体の有色インクを吐出し、転写体１上に膜状の液体パターンとしてインクパターン２０を形成する。ここで、インクパターンを形成する手段としてインクジェット装置３を例示しているが、これに制限を受けない。たとえば、フレキソ版などの有版方法を適用する事もできる。立体物を作成する場合でも、たとえば複数階層の形状パターンを版内に多面付け印刷し、これらの複数の形状パターンによる層を連続的に積層することができる。
【００１７】
インクジェット法によるパターニングは、液体を任意にパターニング出来るので特に有効である。インクジェットとしてはサーマルタイプ、ピエゾタイプ、静電タイプ、コンティニュアスタイプなど様々な方式を利用可能であり、基本的に液体を吐出しうるものであれば適宜使用することが出来る。ノズル数に関しても１ノズル（ディスペンサーを含む）であっても、多数のズルを有するラインヘッドであっても良いが、生産性の面ではラインヘッドが好ましい。
【００１８】
インク材料としては、後述する粉体を付着できる材料であれば良く、水系、油系インクともに使用することが出来る。インクパターンは粉体を付与する前に十分薄膜化しておく方が好ましいので、揮発分を多く設計でき、揮発分の安全性が高い水系インクは好適な材料にあげられる。
【００１９】
後に付与する粉体にプラスチック系を用いる場合、プラスチックには表面が親油性のものが多く、水性インクではなじみが悪いものがある。これに対しては、たとえば、水溶性有機溶剤や界面活性剤を添加することでなじみやすくすることが出来る。
【００２０】
好ましい手法としては、水溶性有機溶剤や界面活性剤を添加した水性インクを付与した後、インク中の水を蒸発させて水溶性有機溶剤比率を高めることで粉体との親和性を上げる事が出来る。
【００２１】
添加する水溶性有機溶剤に特に制約は無い。表面張力や乾燥性、粘度などの特性を用いる材料に合わせて選択することが望ましい。たとえば、水溶性有機溶剤としては、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類、アセトン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類が利用できる。また、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類を利用できる。また、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２，６−ヘキサントリオール、チオジグリコール、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール等のアルキレングリコール類を利用可能である。さらにエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコールの低級アルキルエーテル類も利用可能である。また、エタノール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール等の１価アルコール類が利用できる。またその他、グリセリン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチル−イミダゾリジノン、トリエタノールアミン、スルホラン、ジメチルサルホキサイド等も利用可能なものとして挙げられる。
【００２２】
界面活性剤の例としては、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、水溶性のアニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤等が挙げられる。
【００２３】
また、画像形成面が転写体の場合、インクが弾きやすい事もあるのでインクと、インクと接触反応する事で混合液の流動性を低下させるような反応液を用いる事も有効である。反応液の反応の種類と反応材料は、目的に応じてインクとの組み合わせで選択する。たとえば、インクジェットインクとして好適に用いられる水系インクを例にとると、凝集反応、ゲル化反応、塩析出反応、酸塩基反応などが単独、もしくは複合的に利用しうるが、中でも凝集反応は好適である。特に、顔料インクに対して金属塩を反応材料とする組み合わせはバインダーの総量を低く設計出来、インク膜を薄くできるため画像品質が良く、反応速度も速いので生産性の面でも好適である。
【００２４】
上記の反応材料の例としては、インクと逆極性を有するイオン性物質が挙げられる。通常のインクジェットインクはアニオン性で設計することが好ましく、これに対する反応液は金属塩水溶液、とりわけ２価以上の多価金属塩水溶液が好ましい。多価金属塩とは、二価以上の多価金属イオンと、これら多価金属イオンに結合する陰イオンとから構成される。多価金属イオンの具体例としては、Ｃａ２＋、Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋、Ｍｇ２＋、Ｚｎ２＋等の二価金属イオン、そしてＦｅ３＋、Ａｌ３＋等の三価金属イオンが挙げられる。又、これらと結合する陰イオンとしては、Ｃｌ−、ＮＯ３−、ＳＯ４２−、Ｉ−、Ｂｒ−、ＣｌＯ３−、ＲＣＯＯ−（Ｒは、アルキル基）等が挙げられる。
【００２５】
これらの金属塩と酸を併用するとさらに反応性を高めることが出来る。酸は、インクに添加する塩基成分により容易に反応させることが出来るので、単独で用いる事もできる。
【００２６】
酸としては、特に有機酸が好ましく、具体例としては、シュウ酸、ポリアクリル酸、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、マロン酸、リンゴ酸、マレイン酸、アスコルビン酸、コハク酸、グルタル酸、グルタミン酸が挙げられる。また、フマル酸、クエン酸、酒石酸、乳酸、ピロリドンカルボン酸、ピロンカルボン酸、ピロールカルボン酸、フランカルボン酸、ビリジンカルボン酸、クマリン酸、チオフェンカルボン酸、ニコチン酸、オキシコハク酸、ジオキシコハク酸等も挙げられる。
【００２７】
インク組成中に固形分が入っても良いが、インク中の固形分が少ない程、画像膜中の粉体比率を高くすることが出来る。たとえば、本実施形態において立体物を作る場合には、後から付与する粉体の比率を高めることで強度や、使用後のリサイクル性を高めることが出来る。
【００２８】
次いで、水分除去装置４で提供されたインクパターン２０から揮発分を揮発させて溶媒成分の少なくとも一部を除去し、インクパターン２０の厚みを薄くする。粉体を配置して最終的なパターンの膜厚を制御する場合、粉体を単層で配置することが望ましい。インク厚みが厚いと、付与した粒子の上面までインクが回り込んでしまい、粒子が粒子上に重なって付着してしまう事がある。こうなると粉体の付着量が不均一になってしまうので、形成されるパターンの美観を損なうことにもなるし、厚膜のパターンの層を積層して立体物を作る場合は画像の厚さの誤差が立体物の形状ひずみとなるので、より顕著に現象が発現する。粉体を付着する力を保つ限り、粉体を付与する前にインクパターン２０の膜厚を極力薄くしておく事が望ましい。粉体付与前のインク厚みが最初から薄い場合は本工程が省略、もしくは軽減することができる。たとえば、粉体付着に必要な最低量のインクでパターンを形成し、粉体パターンを形成した後に不足分のインクを追加付与する事も出来る。たとえば、インクジェット装置３が複数の色のインクを吐出することができ、カラー印刷を行う場合がある。その場合には、単色部に比べて、２次色、３次色部のインク付与量が遙かに多くなってしまう。この場合、単色インクで粉体パターニングを行い、出来た粉体パターンに着色インクを追加付与する事が出来る。
【００２９】
次いで、形成したインクパターンに対して粉体を付与する。粉体は本発明では、粒径の異なる複数の粉体を順次用いる事が特徴であり、図１の装置では２種類の粉体を用いる構成になっている。粉体の種類は何種類用いても良いが、通常は２段階程度で十分な品質向上効果を得られる場合が多い。同じ粒径種の中では粉体の粒径を極力揃えておく事が望ましい。
【００３０】
本発明では、粉体は粒子径の大きい順に用いる。よって、先に付与される粉体は粒子径の大きい粉体（大径粒子）である。
【００３１】
図１の装置では、粉体付与装置（Ａ）５により大径粒子を供給し、エアナイフ（Ａ）６にてインクパターンに付着しなかった大径粒子、例えばインクパターンの外側の大径粒子を除去する。このようにしてインクパターン相当部に付与された大径粒子のみをインクの付着力で転写体上に留めて大径粒子のパターンを形成する。このようにして形成された符号２１のパターンを粉体Ａパターンと称する。
【００３２】
ここで、大径粒子は小径粒子に比べて重力や除去時の外力（エアナイフの風など）を受けやすく、付着密度が低くなる傾向がある。
【００３３】
次いで、大径粒子と同様に、粉体付与装置（Ｂ）７から大径粒子よりも粒子径の小さい粉体（小径粒子）を、先に形成した粉体Ａパターン２１上に供給する。粉体Ａパターン２１にはすでに付着した大径粒子を含んでいるが、小径粒子は大径粒子の隙間に入り込めるため、一部の小径粒子はインクの表面に到達し、その付着力で固定される事になる。
【００３４】
そして、大径粒子に対して行ったのと同様に、エアナイフ（Ｂ）にて粉体Ａパターン２１の外側の小径粒子、あるいは、インクへの付着が十分でない小径粒子を転写体１の表面から除去する。このようにして得られた粉体パターンが図１に粉体ＡＢパターン２２として図示されている。
【００３５】
図３はインクパターン２０（図３（ａ））、インクパターン２０に大粒子をパターニングした状態（図３ｂ）、さらに小径粒子をパターニングした状態（図３（ｃ））を模式的に表した図である。
【００３６】
図３（ｃ）の混合パターンは、図示するように、大径粒子のみでパターニングした場合と比較してインクパターン２０に忠実なパターニングが出来るし、小径粒子のみでパターニングした場合より厚い膜厚を得る事が出来る。使用するインクの種類によっては、インクの流動性が大きい場合も有り得、先に付与する大径粒子の付着により、大径粒子近傍にインクが引き寄せられてしまい、後に付与する小径粒子の付着力が弱くなってしまう事も想定される。そのような場合に有効なのは、先に述べたように、反応液を用いてインクの流動を抑制しておく事である。そうするとインクパターン中でのインクの流動が抑制され、大径粒子へインクが引き寄せることを抑制できる。
【００３７】
このプロセスにおいて、大径粒子と小径粒子を用いる場合に、粒子の付与を段階的に複数回行う事の効果を説明する。
【００３８】
仮に、大径粒子と小径粒子とが混合された粉体を用いた場合、ブラジルナッツ現象のような状態が見られ、小径粒子が優先的にインクパターンに付着することになってしまう。しかも、インクパターンに付着した大径粒子は、小径粒子に比べて付着力が弱いため、上述したインクへ付着していない粒子を除去する工程で、大径粒子がインクパターンから脱落してしまう場合が多く、この部分は粒子が抜けてしまう。
【００３９】
一方、順番に付与する上でも、小径粒子を大径粒子より先に付与してしまうと、インクパターンのほとんどが小径粒子に覆われてしまうため、大径粒子が十分に付着できず所望の厚膜を得ることは難しい。
【００４０】
以上より、本実施形態においては、大径粒子、小径粒子の順に、段階的にインクパターンに付与する事で上述した問題の発生を回避し、解像性が高く比較的厚膜のパターンを得ることができる。
【００４１】
ここで、大径粒子と小径粒子のサイズについて説明する。インクパターンに先に付着した大径粒子の隙間に後から付与する小径粒子が入ることが好ましい。材料や付与密度により最適径は異なるが、上述した観点からは、小径粒子の半径は大径粒子の半径の５０％以下が好適であり、さらに好ましくは３０％以下である。最も小さい粒子種の粒径が小さいほどパターン精度はよくなるが、膜厚を大きくすることに寄与する比率は小さくなる傾向にある。
【００４２】
また、図１における粉体付与装置（Ａ）、（Ｂ）は、粉体をシャワー状にしてインクパターン２０の全体に、一様に振り掛ける機構を例示しているが、これに限定されず様々な手段を用いる事が出来る。たとえば、スキージを用いて粉体を面内に広げたり、風圧で粉体を吹き付けたりする方法も用いる事が出来る。また、インクパターン２０の外の粉体を除去する手段も例示したエアナイフによるものに限定を受けず、振動や吸引を利用した除去装置でも問題なく使用する事が出来る。粒子の付与の仕方、除去の仕方共に、用いる粒子の種類、特性に合わせて選択する事が望ましい。また、粉体を風に乗せて風圧で吹き付ける方式を用いると、使用する材料によっては、粉の付与と、インクパターンに付着していない粉体の除去を一斉に行うことが出来る。
【００４３】
本発明において、インクパターンへの粉体の固定は液体の粘着力によってなされるので、粉体の材料選択性は広く、粒子化し得る材料であれば適応可能である。付与した粒子を最終的に溶融させて一体化させることができる材料として、熱可塑性樹脂を使用することが好適である。たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ＡＢＳ、ポリ乳酸、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリテトラフロロエチレン、アイオノマー、ＥＶＡなどの熱可塑性の樹脂が挙げられる。樹脂の他にも、金属やガラス、セラミックなどの加熱溶融成型が可能な材料を用いることができる。また、粉体表面にインク付着性や発色性、粒子同士の固定を補助するような表面処理を行う事もできる。粒子の形状も特段の制約はないが、画像部に付着させやすく、非画像部を除去しやすい点で、球形状が好ましい。
【００４４】
また、図示していないが、得られた粉体ＡＢパターンに対して、小径粒子よりさらに小さな粒子を付与することも可能である。
【００４５】
次いで、ベルト状の転写体１上に形成された粉体ＡＢパターン２２は加熱装置９の位置に搬送される。ここで、加熱装置９から粉体ＡＢパターン２２に熱線を放射して粉体を溶融させて粉体パターン２２を皮膜化させる。このようにして溶融パターン２３を得る。加熱手段の加熱方式に特段の制限は無く、例えば接触式のヒートローラーを用いる事もできるし、非接触式のＩＲやマイクロ波を照射する方式でも良い。他にも、レーザー光のようなエネルギー線を走査して加熱することもできる。さらに、加熱装置９を転写体１の裏面に設けることで、溶融パターンに転写体１を介して熱を伝えてもよい。
【００４６】
また、予め、粉体ＡＢパターン２２を形成する材料中に紫外線硬化成分などの光硬化成分を含めておき、光硬化させることで皮膜化させる事もできる。粉体をパターニングするためのインクにＵＶインクを用いたり、粉体のパターニング後にＵＶ硬化性材料を付与させたりする事が出来る。この場合、被転写面に粉体ＡＢパターン２２を接触させた状態で光を照射して粉体ＡＢパターン２２を硬化させ、硬化と粉体ＡＢパターンの硬化物の被転写面への転写とを一括して行う事もできる。
【００４７】
以上のようにして粉体ＡＢパターン２２を皮膜化して形成された溶融パターン２３は、平坦化ローラー１０で表面の平坦に整えられた後、積層装置１１と対向する位置に搬送され、積層装置１１と位置決めされた後、形成途中の構造体１３と合わせられる。この装置では積層装置１１が上昇する。この時、転写体１の裏面側からバックプレート１２によって積層装置側からの押圧力を受けることができる。表面が平坦化された溶融パターン２３から形成される構造体の断面層２３ａは、形成途中の構造体１３と接触し、その状態で冷却することで形成途中の構造体１３に溶融パターン２３を付着させる。あらかじめ溶融パターン２３を冷却して硬化させた後に接着剤等を用いて形成途中の構造体１３に付着させてもよい。
【００４８】
図１中には記載していないが、オーバーハング形状を積層造形法で作成する場合、一般的にサポートと呼ばれる一時的な支持部材を必要とするが、使用する材料や得たい立体状の構造体の用途に応じて適宜作成することが望ましい。その場合には、積層造形装置１００にサポート材供給装置を設けて、形成途中の構造体を支持するサポート材を形成するためのサポート材料をサポート材供給装置（ここでは不図示）から供給する。
【００４９】
以上において説明した、インクパターン２０の形成から構造体の断面層２３ａの積層までの工程を、予め設計した回数分繰り返して、立体状の構造体が作成される。
【００５０】
図１では厚膜パターンを構造体の断面層２３ａとして形成し、これを積層して構造体を製造するための装置を例示したが、これに限定を受けるものではない。
【００５１】
例えば、転写体１を用いず、直接被記録媒体上に厚膜印刷を形成する事も出来る。一般的な文字や画像に立体装飾を施したり、点字や偽造防止のような付加情報を加えたり、半田などの低融点金属の粉体を用いれば電気回路の形成なども行うことが出来る。また、材料によっては、粉体ＡＢパターンを溶融させることを行わずに、立体物等の最終物に粉状の層を残すようにしてもよい。
【００５２】
以上の形態では、厚膜を形成するための材料である粉体だけでパターニングを行うのではなく、インクパターン２０によって形状パターニングを行う。そのため粉体自体には特段のパターニング特性が求められないので、厚膜材料を直接パターニングする方式に比べて安価で製造できるメリットもある。
【００５３】
図２は図１の積層造形装置１００の制御系の一例を示す図である。装置全体を符号１００で示す積層造形装置１００において、１０１は系全体の主制御を成すＣＰＵであり、各部を制御する。１０２はメモリであり、ＣＰＵの基本プログラムを格納したＲＯＭや、インターフェイス１０３から取り込まれる印刷物データ１０４の保存や、データ処理を行うためのワークに使用されるＲＡＭ等により構成される。
【００５４】
ＣＰＵ１０１が印刷開始の信号を受取ると、設定された条件に従い取得した、形成する構造体の立体形状、あるいは得たい最終的なパターンを示す印刷物データ１０４を実際にパターニングするためのスライスデータに変換する。さらに、スライスデータの中から、形状および着色などの情報を第１のインクジェット装置３へ送信する。同時に搬送ローラー２、水分除去装置４、粉体付与装置（Ａ）５、エアナイフ（Ａ）６、粉体付与装置（Ｂ）７、エアナイフ（Ｂ）８、加熱装置９、平坦化ローラー１０、積層装置１１、の状態確認のための通信を行う。印刷可能であることが確認できれば、搬送ローラー２により転写体１が搬送される。転写体１の位置がエンコーダ１０５の信号により位置決めされる。そして、インクジェット装置３、水分除去装置４、粉体付与装置（Ａ）５、エアナイフ（Ａ）６、粉体付与装置（Ｂ）７、エアナイフ（Ｂ）８、加熱装置９、平坦化ローラー１０、積層装置１１が所定動作を行い、これを予め設定された回数繰返すと立体物が完成する。
【００５５】
以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明する。
【００５６】
（実施例１）
図１の装置を用いて立体物の積層造形を行った。
【００５７】
造形物のデータはあらかじめ任意の層間隔でスライスデータとしておく。実施例１では１００μｍ間隔のスライスデータを使用した。
【００５８】
転写体は０．１ｍｍのインバーフィルム表面に、ポリイミドテープ（３Ｍ社製、商品名；５４１９）を貼付したものを用いた。
【００５９】
次いで、インクジェット装置３を使用して、インクの流動性を抑制する効果を持つ反応液（下記処方）とインクを、形成する断面パターンに対応する位置に付与してインクパターン２０を形成した。
【００６０】
（反応液処方）
・Ｃａ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏ：５０質量部
・界面活性剤（川研ファインケミカル製、商品名；アセチレノールＥＨ）：１質量部
・ジエチレングリコール：９質量部
・純水：４０質量部
（インク組成）
・下記顔料：３質量部
ブラック：カーボンブラック（三菱化学製、商品名；ＭＣＦ８８）、シアン：ビグメントブルー１５、マゼンタ：ピグメントレッド７、イエロー：ピグメントイエロー７４。
・スチレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体（酸価２４０、重量平均分子量５０００）：１質量部
・グリセリン：１０質量部
・エチレングリコール：５質量部
・界面活性剤（川研ファインケミカル製、商品名；アセチレノールＥＨ）：１質量部
・純水：８０質量部
次いで、水分除去装置４にて、５０℃の温風を約５秒間当てて、インクパターン２０の膜厚を軽減させた。
【００６１】
次いで、転写体１上のインクパターン２０に粉体として大径ポリプロピレン粒子（平均粒径１００μｍ）をシャワー状に付与した。
【００６２】
次いで、エアナイフノズルから除電エア（元圧０．２５Ｐａ）を間欠的に噴射し、インクパターン２０の外の粉体を除去した。以上のようにして粉体Ａパターンを得た。
【００６３】
次いで、転写体１上の大径粒子が付着したインク像に粉体として小径ポリプロピレン粒子（平均粒径５０μｍ）をシャワー状に付与した。
【００６４】
次いで、エアナイフノズルから除電エア（元圧０．２５Ｐａ）を間欠的に噴射し、インクパターン２０の外の粉体を除去した。こうして粉体ＡＢパターンを得た。
【００６５】
次いで、転写体１の裏面からヒータにて加熱を行い、約１７０℃で粉体ＡＢパターンを溶融、膜化させて着色された溶融パターン２３を得た。
【００６６】
次いで、溶融パターン２３を積層装置１１の位置に搬送する過程で、平坦化ローラー１０で溶融パターン２３を平坦化し、位置決めを行った。平坦化によって得られた断面層２３ａと積層装置１１の造形台を転写体表面とのギャップが４４μｍとなる位置まで積層装置１１を上昇させて平坦化によって得られた断面層２３ａを積層装置１１の表面に着色パターンの層を接触させた。
【００６７】
以上の操作を繰り返し、以降は先の積層物で形成される形成中の構造体１３に新たな層を重ねることによって合計２２１５回の積層を行い、これが完了すると高さ約１０ｃｍ分の積層が終了し、立体状の構造体が得られた。
【００６８】
こうして製造された構造体の表面は非常になめらかであった。
【００６９】
（実施例２−４）
小径ポリプロピレン粒子の平均粒径を変更し、その他については、実施例１と同様にして立体物の造形を行った。各実施例における溶融パターンの膜厚と高さ１０ｃｍの立体物を得るのに要した積層回数とを以下に記す。
【００７０】
実施例２では、小径ポリプロピレン粒子（平均粒径７０μｍ）を用いた。溶融パターンの膜厚は４６．４μｍであり、積層回数は２１６０回であった。
【００７１】
実施例３：小径ポリプロピレン粒子（平均粒径３０μｍ）、を用いた。溶融パターンの膜厚は４４．８μｍであり、積層回数は２２４０回であった。
【００７２】
実施例４：小径ポリプロピレン粒子（平均粒径２０μｍ）、溶融パターンの膜厚は４５．０μｍであり、積層回数は２２３０回であった。
【００７３】
以上の実施例の得られた立体状の構造体の表面は非常になめらかであった。
【００７４】
（比較例）
小径ポリプロピレン粒子を用いず、大径ポリプロピレン粒子（平均粒径１００μｍ）のみで溶融パターンのパターンを形成し、その他については、実施例１と同様にして立体物の造形を行った。比較例の溶融パターンの膜厚は４３．９μｍであり、積層回数は２２８０回であった。得られた立体状の構造体の表面は凹凸感があり、触るとざらつきを覚えた。
【００７５】
実施例と比較例での構造体の表面の滑らかさの違いは、溶融パターンの輪郭の解像性の違いによるものと考えられる。以上から、大小の粉体を用いることで、パターンの膜厚を稼ぎながら、解像性が高いパターンを形成し、高精度に立体の造形を行うことができた。また、各実施例同士の比較から、小径粒子の粒径を大径粒子の５０パーセント以上７０パーセント以下とすることには、特に膜厚への寄与が大きいと考えられる。
【図１】
0006643100.tif 000002
【図２】
0006643100.tif 000003
【図３】
0006643100.tif 000004