(57)【要約】      （修正有）【課題】アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）技術において、積層する層の下地に空隙が生じて積層不良が発生するのを抑制する技術の提供。【解決手段】スライスデータに基づいて造形粒子を配置して粒子層を形成する工程と、１枚または複数の粒子層から材料層を形成する工程Ｕ２と、前記材料層を製造途中の立体物の上に積層する工程Ｕ３とを有する立体物の製造方法であって、前記粒子層を、前記造形粒子の体積平均径の２倍未満の膜厚で、かつ、単位面積当たりの投影面積率が９０％以上となるように形成するアディティブマニファクチャリング（ＡＭ）技術。【選択図】図１
2016107625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スライスデータに基づいて造形粒子を配置して粒子層を形成する工程と、１枚または複数の粒子層から材料層を形成する工程と、前記材料層を製造途中の立体物の上に積層する工程と、を有する立体物の製造方法であって、
前記粒子層を、前記造形粒子の体積平均径の２倍未満の膜厚で、かつ、単位面積当たりの投影面積率が９０％以上となるように形成することを特徴とする立体物の製造方法。
【請求項２】
前記粒子層を、接触一成分現像方式を用いた電子写真プロセスにて形成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】
前記材料層を、製造途中の造形物の上に積層する工程の前に、前記材料層が、単位面積当たりの投影面積率が９０％以上か否かを検知する工程を有し、単位面積当たりの投影面積率が９０％以上でない場合は、前記材料層を前記製造途中の立体物の上に積層しないことを特徴とする請求項１または２に記載の立体物の製造方法。
【請求項４】
前記材料層を、製造途中の立体物の上に積層する前に溶融して膜化することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の立体物の製造方法。
【請求項５】
前記造形粒子として複数種類の粒子を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の立体物の製造方法。
【請求項６】
造形粒子をスライスデータに基づいて配置して粒子層を形成する粒子層形成部と、１または複数の前記粒子層から材料層を形成する転写部と、を有する材料層形成ユニットと、
前記材料層形成ユニットから前記材料層を受け取り、順次積層する積層ユニットと、を備える造形装置であって、
前記材料層形成ユニットが、前記造形粒子の体積平均径の２倍未満の膜厚で、かつ、単位体積当りの投影面積率が９０％以上の粒子層を形成することを特徴とする造形装置。
【請求項７】
前記材料層形成ユニットが、前記粒子層の単位体積当りの投影面積率を検知するセンサーを備えることを特徴とする造形装置。
【請求項８】
前記センサーが、材料層が搬送される方向と交差する方向に複数設けられていることを特徴とする請求項６に記載の造形装置。
【請求項９】
前記造形装置が、前記材料層形成ユニットおよび前記積層ユニットの動作を制御する制御ユニットを備えており、
前記制御ユニットが、前記センサーからの情報を受けて、前記材料層形成ユニットと前記積層ユニットとの接触状態を制御することを特徴とする請求項７または８に記載の造形装置。
【請求項１０】
前記粒子層形成部が、電子写真方式を用いて粒子像を形成することを特徴とする請求項６乃至９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、立体造形技術に関し、特にシート積層タイプの立体造形装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）と呼称される、立体物の造形技術が注目を集めている。ＡＭ技術は、立体物の３次元形状データをスライスして複数のスライスデータを生成し、各スライスデータに基づいて造形材料を配置しては固着する工程を繰り返して、立体物を造形する技術である。
【０００３】
ＡＭ技術は、金型が不要であるという簡便性と、複雑形状を造形することができるという利便性を有している。そのため、部品の動作や形状の良否を調べるための試作品、単品や小ロット品の作製に好ましく用いられる。また、金型では作れない複雑形状部品の作製や手間がかかるデザイン性の高い形状の作製が可能である。
【０００４】
造形材料を順次積層して固着する方法としては、主に光造形法、粉末焼結法、材料噴射法、溶融物堆積法が検討されている。これらのＡＭ技術は、作製中の積層体の上に、直接一筆書きの要領で、あるいは、ライン単位で造形材料を固着しながら積層していく方式であることから、造形物を得るのに時間がかかるという課題を有している。
【０００５】
特許文献１には、電子写真プロセスを用いて、造形材料からなる粒子をスライスデータに基づいてベルトの上に２次元に配置して材料層を形成した後、加熱して粒子を膜化し、ステージ上の積層物の上に順次積層して立体物を形成する方法が開示されている。電子写真プロセスを用いたＡＭ技術は、造形材料をレイヤー単位で積層することができるため、他の方式に比べて比較的短時間で立体物を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５０８８０４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のＡＭ技術において、材料層を形成する際の粒子のコート量が少ないと、粒子間に隙間ができてしまう。粒子間に隙間のある状態で材料層を膜化すると、粒子間の隙間が孔になった膜ができる。孔の空いた薄膜を一旦積層してしまうと、その上に積層する薄膜の一部を、空隙（先に積層した薄膜の孔部）の上に積層することになる場合がある。
【０００８】
この様な場合、上に積層する薄膜の孔の上に相当する部分が、積層できずにベルトに残ってしまったり、ベルトに残る部分に引っ張られて薄膜の他の部分まで破損が広がったりするという積層不良が発生する。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するもので、ＡＭ技術において、積層不良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】
【００１０】
本発明にかかる立体造形物の製造方法は、データに基づいて造形粒子を配置して粒子層を形成する工程と、１または複数の粒子層から材料層を形成する工程と、前記材料層を製造途中の立体物の上に積層する工程と、を有する立体物の製造方法であって、
前記粒子層を、前記造形粒子の体積平均径の２倍未満の膜厚で、かつ、単位面積当たりの投影面積率が９０％以上となるように形成することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる立体造形物製造装置は、造形粒子をスライスデータに基づいて配置して粒子層を形成する粒子層形成部と、１または複数の粒子層から材料層を形成する転写部と、を有する材料層形成ユニットと、
前記材料層形成ユニットから前記材料層を受け取り、順次積層する積層ユニットと、を備える造形装置であって、
前記材料層形成ユニットが、前記粒子の体積平均径の２倍未満の膜厚で、かつ、単位体積当りの投影面積率が９０％以上の粒子層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、立体造形装置を用いた造形工程に生じる積層不良を抑制することで、効率良く立体物を作製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】発明の実施に好適な立体造形装置の全体構成を模式的に示す図。
【図２】粒子層の粒子の配置と形成される薄膜について説明する図。
【図３】本発明が解決しようとする課題を説明する図。
【図４】粒径が揃った粒子を密に配置した場合に粒子間にできる隙間を説明する図。
【図５】粒径が揃った粒子の好ましい配置例を説明する図。
【図６】粒径が異なる粒子の好ましい配置例を説明する図。
【図７】粒子層形成部と実施形態１で用いる現像装置を模式的に示す図。
【図８】造形粒子が現像ローラにて搬送される様子を模式的に示す図。
【図９】現像前の造形粒子の配置と現像された造形粒子の配置を説明する図。
【図１０】画像検知センサーで単位面積当たりの投影面積率を検知する場合の動作シーケンスを示すフローチャート。
【図１１】第２実施形態で用いる現像装置を模式的に示す図。
【図１２】第３実施形態で用いる現像装置を模式的に示す図。
【図１３】第４実施形態で用いる現像装置を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。各実施形態に記載されている装置の各部材の寸法、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。
【００１５】
［立体造形装置の全体構成］
まず、本発明の実施に好適な立体造形装置の全体構成について説明する。図１は、立体造形装置の全体構成例を模式的に示す図である。立体造形装置は、材料粒子を２次元に配置した材料層を繰り返し積層することによって立体造形物を生成する方式のＡＭ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）システムである。
【００１６】
図１に示すように、立体造形装置は、概略、制御ユニットＵ１、材料層形成ユニットＵ２、積層ユニットＵ３を有して構成される。図１は２種類の造形粒子Ｍａ、Ｍｂを用いる場合の構成例である。
【００１７】
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データ（断面データ）を生成する処理、立体造形装置の各部の制御などを担うユニットである。
【００１８】
材料層形成ユニットＵ２は、電子写真プロセスを利用して造形粒子からなる材料層を形成するユニットである。具体的には、制御ユニットＵ１で生成したスライスデータに基づいて、粒子層形成部１０ａ、１０ｂにて、造形粒子Ｍａ、Ｍｂそれぞれからなる粒子層を形成する。粒子層形成部１０ａ、１０ｂにて形成された粒子層は、それぞれ転写装置１０４ａ、１０４ｂにて中間担持体１１に転写され造形粒子Ｍａ、Ｍｂからなる材料層となり、積層ユニットＵ３へと搬送される。
【００１９】
材料層形成ユニットＵ２から積層ユニットＵ３の第２の中間担持体３０へ受け渡された材料層は、そのまま、あるいは、途中で不図示のヒーターにて溶融されて膜化された後、積層位置へと搬送される。積層位置では、薄膜を担持された第２の中間担持体３０がヒーターを内蔵した対向部材３３とステージ３４とに挟まれることにより、薄膜がステージ３４上の作製中の造形物Ｓに積層され固着される。
【００２０】
［造形粒子のコート量］
ここで、材料層形成ユニットＵ２で形成される材料層の造形粒子のコート量について説明する。図２（ａ）に粒子が十分にコートされて、粒子が密に配置された材料層が形成された場合、図２（ｂ）は粒子が十分にコートされず、粒子が疎に配置された材料層が形成された場合を示す。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、造形粒子Ｍが密に配置された材料層は、中間担持体１１に転写されて材料層となり、第２中間担持体３０に転写され、溶融されて膜化される。造形粒子Ｍが密に配置されていると、膜化の際に溶融した粒子が粒子間の隙間を埋めることができるため、孔のない薄膜を形成することができる。図２（ａ）のような孔のない薄膜が毎回積層されると、密度が高く、高品質な立体物を作製することができる。
【００２２】
一方、図２（ｂ）に示すように、造形粒子Ｍが疎に配置されて粒子間に大きな隙間ができてしまうと、膜化の際に溶融した粒子が粒子間の隙間を埋めるまで広がらず、孔の空いた薄膜が形成されてしまう。孔の空いた薄膜自体は、積層する際の下地となる造形物の表面に空隙がなければ、特に問題なく積層することは可能である。しかし、その次に材料層を積層する際に、次の様な不都合が生じる。
【００２３】
図３に、孔の空いた薄層Ｌｂが積層された造形物Ｓの上に、孔の空いていない薄膜Ｌａを積層する場合を示す。孔の空いていない薄膜Ｌａは、第２中間担持体３０から、孔の開いた薄膜Ｌｂが積層された造形物Ｓの表面へと積層される。孔の空いていない薄膜Ｌａは、製造途中の造形物Ｓに重ねられ、熱を加えられて造形物Ｓに固着された後、第２中間担持体３０から剥離される。このとき、薄膜Ｌｂの孔によってできた空隙の上では、薄層Ｌａを積層ステージ側に保持する力Ｆｂは、第２中間担持体３０と薄膜Ｌａの付着力Ｆａよりも弱い。そのため、空隙の上に薄膜Ｌａが積層できず、薄膜Ｌａの一部が第２中間担持体３０に残ってしまったり、第２中間担持体３０に残る部分に引っ張られて薄膜Ｌａの他の部分が破損したり、あるいは薄膜Ｌａの積層位置がずれたりする、という積層不良が発生する。
【００２４】
そこで、発明者らは電子写真プロセスを用いたＡＭ技術における造形材料の粒子Ｍのコート量について検討した。孔のない薄膜を得るためには、材料層を十分なコート量の粒子で形成する必要があり、そのためには粒子層を十分なコート量の粒子で形成しておかなければならない。検討の結果、体積当たりの粒子Ｍの投影面積率がある値よりも小さくなるように粒子を配置した場合、造形材料からなる粒子を溶融しても粒子間の隙間を埋めることができずに、薄膜に孔ができてしまうことがわかった。
【００２５】
図４（ａ）に、粒径がほぼ同じ造形粒子を用いた場合に、造形粒子が最も密な状態（稠密）となるように配置された時の粒子層を、配置面に対して垂直な方向から見た図を示す。造形粒子の粒径がほぼ一定であれば、粒子の配置面に対して垂直な方向から見たときに粒子間にできる隙間が、図４（ａ）の状態に配置したときにできる隙間よりも小さくなるように配置すれば、粒子を溶融する際に粒子間の隙間を埋めることができる。
【００２６】
図５に粒径がほぼ同じ造形粒子を用いた場合に好ましい粒子の配置の別の例を示す。図５（ａ）は粒子の配置面に対して垂直な方向から見た状態を示す図で、図５（ｂ）はＸＩ−ＸＩＩ断面を示す図である。
【００２７】
図５（ａ）に示すように、それぞれの粒子は同一面内では４つの粒子と接するように配置されている。このとき、図５（ｂ）のように第１層の粒子間には大きな隙間ができてしまうものの、第１層の隙間に第１層ではない粒子が嵌り込んでいるため、粒子の配置面に対して垂直な方向から見ると、隙間のない状態になる。このような状態であれば、粒子を溶融して膜化した際に第１層の隙間に嵌り込んだ粒子によって隙間が埋まり、孔のない薄膜を得ることができる。
【００２８】
図６には粒径が異なる造形粒子を用いた場合に、好ましい粒子の配置例を示す。図６（ａ）は粒子の配置面に対して垂直な方向から見た状態を示す図で、図６（ｂ）はＸＩ−ＸＩＩ断面を示す図である。
【００２９】
図６（ｂ）から分かるように、粒径の小さな粒子が部分的に径の大きな粒子の間に嵌り込むため、粒子の配置面に対して垂直な方向から見た時に、隙間の小さな状態を実現することができる。従って、図６の場合も、粒子を溶融して膜化した際に第１層の隙間に嵌り込んだ粒子によって隙間が埋まり、穴のない薄膜を得ることができる。
【００３０】
以上のことから、図４の状態と同じか、それよりも粒子Ｍの投影面積率を小さくすれば、膜化した際に孔のない薄膜を得ることができる。
【００３１】
ここで、図４の粒子配置における単位面積当たりの粒子Ｍの投影面積率を計算する。図４（ａ）の一部を拡大した図４（ｂ）に示すように、３つの粒子が互いに接するように配置されている。
【００３２】
粒子の半径をｒとすると、単位面積当たりの粒子Ｍの投影面積率は、（πｒ２／２）／（√３ｒ２）＝π／（２√３）≒０．９となる。従って、単位面積当たりの粒子Ｍの投影面積率が９０％以上であれば、薄膜にしたときに孔が形成されるのを抑制することができる。
【００３３】
ところで、作成する造形物の形状を高い精度で制御するためには、積層する材料層の厚みを均一にする必要がある。１層目の粒子が現像ローラに引き寄せられる力をＦ１、２層目の粒子が現像ローラに引き寄せられる力をＦ２、ｎ層目（ｎは２より大きい実数）の粒子が現像ローラに引き寄せられる力をＦｎとすると、Ｆ２≒Ｆｎ≪Ｆ１となる。即ち、２層目以上の粒子が現像ローラに引き寄せられる力は、１層目の粒子が現像ローラに引き寄せられる力に比べて十分に小さく、それらの差も十分に小さい。
【００３４】
そのため、例えば、材料層を２層に制御しようとしても、２層目の粒子を残して３層目の粒子を除去するような微妙な制御は難しい。つまり、粒子が２層以上積み重なった材料層において、層厚を均一に制御するのは非常に困難である。
【００３５】
そこで、本発明は、粒子層の厚みが粒子Ｍａの体積平均径ＭＶの２倍未満となるように制御して、層厚がある程度一定の材料層を得る。
【００３６】
以上のことから、ＡＭ技術において、積層不良を抑制して高い精度で造形物を作製するには、造形粒子の体積平均径の２倍未満の膜厚で、かつ、単位面積当たりの投影面積率が９０％以上である粒子層を形成するとよい。その結果、単位面積当たりの投影面積率が９０％以上である材料層を形成することができる。
【００３７】
以下、本発明に好適に用いられる立体造形装置と、それを用いた立体物の製造方法について、詳細に説明する。
【００３８】
＜第１実施形態＞
本発明に好適に用いることのできる立体造形装置の詳細について説明しつつ、本発明にかかる立体物の製造方法について説明する。
【００３９】
［制御ユニット］
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、３次元形状データ入力部Ｕ１０、スライスデータ計算部Ｕ１１、材料層形成ユニット制御部Ｕ１２、積層ユニット制御部Ｕ１３などの機能を有する。
【００４０】
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担う。３次元形状データとして、３次元ＣＡＤ、３次元モデラー、３次元スキャナなどで作成・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。
【００４１】
スライスデータ計算部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材料層形成ユニットＵ２で材料層の形成に用いる画像データ（スライスデータと呼ぶ）を生成する機能を担う。スライスデータは、３次元形状データで表現された造形対象物に造形に必要なサポート部分を付加した後、その断面形状を計算して生成される。ここでいうサポート材料とは、立体物のオ−バーハング部の構造材料を支持するために仮に設けられる材料で、最終的には除去される。また、構造材料とは、立体物を構成する材料を指し、サポート材料と構造材料をあわせて造形材料と呼ぶ。
【００４２】
本実施形態の材料層形成ユニットＵ２は複数種類の材料を用いた材料層の形成が可能である。そのため、スライスデータには、それぞれの材料の粒子層に対応するデータが含まれる。このとき、異なる材料の像同士が重なりを持たないように、各々のスライスデータにおける粒子層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、立体造形物の寸法精度の低下を招くからである。スライス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（各プレーンが材料の種類に対応する）を用いることができる。
【００４３】
材料層形成ユニット制御部Ｕ１２は、スライスデータ計算部Ｕ１１で生成されたスライスデータを基に、材料層形成ユニットＵ２における材料層形成プロセスを制御する機能である。後述するが、粒子層を構成する造形粒子が所定の条件を満たす配置になるように現像装置を制御するのも、制御ユニットである。また、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。各ユニットでの具体的な制御内容については後述する。
【００４４】
また、図示しないが、制御ユニットＵ１は、操作部、表示部、記憶部を備える。操作部は、ユーザからの指示を受け付ける機能を担う。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。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、スライスデータ、各種設定値などを記憶する機能を担う。
【００４５】
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Ｕ１０〜Ｕ１３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。
【００４６】
［材料層形成ユニット］
次に、材料層形成ユニットＵ２の構成を説明する。図１の材料層形成ユニットＵ２は、電子写真プロセスを利用して造形粒子からなる材料層を形成するユニットである。電子写真プロセスとは、感光体を帯電し、露光によって潜像を形成し、現像剤粒子を付着させて現像剤像を形成するという一連のプロセスによって、所望の像を形成する手法である。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が、立体造形装置では現像剤として用いられる材料の特性が２Ｄプリンタに用いられるトナー材料とは異なっている。そのため、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多い。図１では電子写真プロセスを利用する場合を示しているが、特開２０１４−１３３４１４号（ＷＯ２０１４／０９２２０５）に記載されているように、インクジェット方式を利用することもできる。
【００４７】
図１に示すように、レイヤー形成ユニットＵ２は、第１の粒子層形成部１０ａ、第２の粒子層形成部１０ｂ、転写部１１を備えている。第１の粒子層形成部１０ａは、第１の粒子材料Ｍａを用いて粒子層を形成するための粒子層形成手段であり、像担持体１００ａ、帯電装置１０１ａ、露光装置１０２ａ、現像装置１０３ａ、クリーニング装置１０５ａを有する。また、第２の粒子層形成部１０ｂは、第２の粒子材料Ｍｂを用いて粒子層を形成するための粒子層形成手段であり、像担持体１００ｂ、帯電装置１０１ｂ、露光装置１０２ｂ、現像装置１０３ｂ、クリーニング装置１０５ｂを有する。
【００４８】
転写部１１は、転写装置１１０ａ、１１０ｂ、中間担持体１１１、中間担持体クリーニング装置１１２、画像検知センサー１１３、を備えている。粒子層形成部１０ａ、１０ｂで形成された粒子層が転写装置１１０ａ、１１０ｂにより中間担持体１１１に転写され、材料層が形成される。ここで、材料層とは、用いる造形粒子の種類が１種類の場合は粒子層に等しく、用いる造形粒子の種類が複数の場合は、複数の粒子層から形成される層のことである。
【００４９】
例えば、第１の粒子材料Ｍａとして、熱可塑性かつ非水溶性の樹脂などからなる構造材料を用い、第２の粒子材料Ｍｂとして、熱可塑性及び水溶解性を有するサポート材料を用いる。構造材料としてはＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＡＢＳ、ＰＳ（ポリスチレン）などを用いることができる。サポート材料としては糖質、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）などを用いることができる。各材料の粒子の直径は５μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。
【００５０】
これらの粒子層形成部１０ａ、１０ｂは中間担持体１１１の表面に沿って配置されている。なお、図１では、構造材料の粒子層形成部１０ａを搬送方向上流側に配置しているが、粒子層形成部の配置順は任意である。また、粒子層形成部の数は２つには限定されず、用いる造形材料の種類に応じて適宜増やしたり減らしたりすることができる。
【００５１】
積層ユニットＵ３で発せられる熱が材料層形成ユニットＵ２に伝わると、造形前の粒子材料が軟化したり、粒子層形成部１０ａ、１０ｂでの粒子層形成プロセスにおける条件や転写部１１における転写プロセスの条件が変化したりしてしまう。その場合、安定して材料層を形成できなくなる恐れがある。そこで、材料層形成ユニットＵ２と積層ユニットＵ３とは、材料層を受け渡すプロセス以外は互いを離間することのできる構成にしておくのが好ましい。
【００５２】
図１には材料層形成ユニットＵ２と積層ユニットＵ３との距離を変更させるための機構を示していないが、材料層形成ユニットＵ２全体を動かしても良いし、積層ユニットＵ３全体を動かしても良い。しかし、これらのユニット全体を動かす機構は大掛かりになる。装置が大掛かりになるのを避ける点で、積層ユニットＵ３の２次転写ローラ３１を動かして、ローラ１１４との距離を変更させる機構が好ましい。
【００５３】
以下、材料層形成ユニットＵ２の各部の構成について詳しく説明する。ただし、粒子層形成部１０ａ〜１０ｄに共通する説明の中では、構成部材の参照符号の添え字ａ〜ｄを省略し、粒子層形成部１０、像担持体１００などと記載する。
【００５４】
（像担持体）
図７（ａ）は、粒子層形成部１０の構成を示す図であり、図７（ｂ）は、現像装置１０３の詳細構成を示す図である。図７（ｃ）は、現像ローラ１０３２が備えるトナー搬送部材１０３２ａの断面形状を表している。
【００５５】
像担持体１００は、静電潜像を担持するための部材である。ここでは、アルミニウムなどの金属製シリンダー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体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、立体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、像形成時には不図示のモーターによって図中の時計周りに一定速度で回転する。
【００５６】
（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。本実施形態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。
【００５７】
（露光装置）
露光装置１０２は、画像情報（スライスデータ）に従って像担持体１００を露光し、像担持体１００の表面上に静電潜像を形成する露光手段である。露光装置１０２は、例えば、半導体レーザー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からなる走査機構と、結像レンズなどの光学部材とを備えている。
【００５８】
（現像装置）
現像装置１０３は、公知の接触一成分現像方式を用い、造形粒子（ここでは、構造材料又はサポート材料からなる粒子、以下トナーと称することもある）を像担持体１００に供給することで、静電潜像を可視化する現像手段である。本明細書では、造形粒子によって可視化することを現像と呼び、可視化された像を粒子層と称す。
【００５９】
図７（ｂ）に現像装置１０３の詳細構成を示す。現像装置１０３は、現像剤を収容する現像容器１０３０と、現像容器１０３０の内部に設けられる回収ローラ１０３１と、現像剤を担持し像担持体１００へ供給する現像ローラ１０３２とを有する。さらに、現像剤を攪拌して造形粒子と磁性粒子とを互いに接触させることにより、造形粒子を帯電させて現像ローラ１０３２の方へ共有する攪拌供給ローラ１０３４を有している。また、回収ローラ１０３１の表面に付着した現像剤および磁性粒子を掻き落とすためのスクレーパー１０３５を備えている。造形粒子が現像ローラ１０３２から像担持体１００へ付着する部分を現像部、造形粒子と磁気粒子を合わせて現像剤と称す。
【００６０】
回収ローラ１０３１は、現像ローラ１０３２の移動方向に対して現像部より上流側に、現像ローラ１０３２に近接して配設されている。回収ローラ１０３１は、回転可能な現像剤搬送部材とその内部に固定配置される永久磁石とを有している。
【００６１】
また、現像ローラ１０３２は、回転可能なトナー搬送部材１０３２ａとその内部に固定配置される永久磁石１０３２ｂとを備えており、トナー搬送部材１０３２ａの表面には、造形粒子の粒径に合わせたサイズの複数の凹構造が形成されている。トナー搬送部材１０３２ａを回転方向に沿った断面を図７（ｃ）に示す。図７（ｃ）に示した凹構造は、具体的には、現像ローラ１０３２の回転軸の方向に沿って伸び、造形粒子の粒径以上かつ磁気粒子の粒径よりも小さい幅を有する溝である。凹構造の深さ（出っ張りの高さ）Ｄは、造形粒子の粒径をｒとして、ｒ／２≦Ｄ≦ｒの関係を満たしている。ただし、凹構造の形状は、これに限定されるものではない。詳細は、特開２０１４−１１５５１８号公報を参照するとよい。
【００６２】
永久磁石１０３２ｂと回収ローラ１０３１の内部に設けられた永久磁石とが協働して磁場を形成する。図７に示す現像装置において、トナー搬送部材１０３２ａから現像剤搬送部材に近づくほど磁束密度が高くなるように、それぞれの永久磁石が配置される。このため、トナー搬送部材１０３２ａと現像剤搬送部材との間に存在する磁性粒子には粒子搬送部材１０３２ａから現像剤搬送部材側への磁気力が働く。この結果、永久磁石１０３２ｂから回収ローラ１０３１に向かう磁界に沿って、磁性粒子のブラシが形成される。
【００６３】
また、現像剤搬送部材は、トナー搬送部材１０３２ａの回転方向と同じ方向に回転可能に設けられている。そのため、現像剤搬送部材の表面に磁気力によって保持された磁性粒子には、前記の磁界による力と磁気粒子と現像剤搬送部材の表面との間の摩擦力により、現像剤搬送部材から現像容器１０３の内部へ向かう搬送力が加わる。
【００６４】
現像剤搬送部材の表面に保持された磁性粒子は、現像容器１０３に一端が保持されたスクレーパー１０３５によりかき落とされ、現像容器１０３内に戻される。現像容器１０３内に戻された磁性粒子は、撹拌供給部材１０３４により非磁性の造形粒子と撹拌され、再度、回収ローラ１０３１の表面へと搬送される。
【００６５】
一方の非磁性の造形粒子は、攪拌供給ローラ１０３４によって攪拌帯電させられ、磁性粒子の表面に保持される。磁性粒子の表面に保持された造形粒子は、磁性粒子のブラシが現像材搬送部材に形成され、保持されて搬送される過程において、トナー搬送部材１０３２ａと接触する。このとき、造形粒子はトナー搬送部材１０３２ａの表面の凹構造と多点接触し、凹構造内にコートされる。
【００６６】
このように造形粒子がトナー搬送部材１０３２ａと多点接触する構造は、平面と点接触する場合に比べて、小さな静電的付着力でトナー搬送部材１０３２ａをコートすることができる。つまり、平面に比べて凹構造内にコートされる造形粒子の量は、造形粒子の電荷量の変動に対して安定する。
【００６７】
図８は磁性粒子ＭＭから脱離してトナー搬送部材に付着した造形粒子Ｍが搬送される様子を示す模式図である。磁性粒子ＭＭには造形粒子Ｍの数倍以上の粒径のものが用いられるのが一般的であり、また、凹構造の幅が磁性粒子の粒径より小さくなっている。そのため、トナー搬送部材１０３２ａ上の凹構造に付着する造形粒子Ｍは、磁気ブラシＭＢが通過しても磁性粒子ＭＭが進入できない凹構造内に固定される。
【００６８】
一旦トナー搬送部材１０３２ａに付着した造形粒子Ｍは、移動や回転が抑制され、また磁性粒子ＭＭによって掻き取られることもないため、配列が乱されることがない。従って、トナー搬送部材１０３２ａは、凹構造内に付着した造形粒子が均一にコートされた状態を、トナー搬送部材１０３２ａと像担持体１００の表面とが対向する現像部へ移動させることができる。
【００６９】
トナー搬送部材１０３２ａと像担持体１００との間には、不図示の電界印加部によって現像バイアス電圧が印加されている。そのため、現像部へ搬送された造形粒子は、現像バイアス電圧により像担持体１００に付着し、像担持体１００の潜像が造形粒子によって現像される。現像方式としては、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、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。
【００７０】
図９（ａ）（ｂ）に現像部近傍における現像された像担持体１００に付着した造形粒子の状態、図９（ｃ）（ｄ）トナー搬送部材１０３２ａに付着した造形粒子が搬送される時状態を示す。図９（ｃ）の断面図でみると、トナー搬送部材１０３２ａは、造形粒子がその凹構造内に固定され、均一にコートされている。しかし、図９（ｄ）の平面図でみると、回転方向に、凹構造のピッチと造形粒子の粒径との差分だけ、造形粒子間に隙間ができる。従って、そのままの配置状態を維持して像担持体１００に現像されてしまうと、粒子層の搬送方向に粒子の隙間ができてしまう。
【００７１】
そこで、本実施形態では、トナー搬送部材１０３２ａと像担持体１００との間に周速差をつけて現像するように、制御ユニットにて制御を行う。具体的には、トナー搬送部材１０３２ａが像担持体１００に対して、凹構造のピッチと造形粒子の粒径との差分より若干、相対速度が速くなるように回転させる。すると、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、像担持体１００には、後から現像される粒子に押され気味に現像され、トナー搬送部材１０３２ａ上でできる粒子間の隙間差が詰まる。その結果、造形粒子が２層以上にはならず、かつ、最密に配置された粒子層を得ることが可能となる。
【００７２】
なお、現像装置１０３は、いわゆる現像カートリッジの構造をとり、材料層形成ユニットＵ２に対し着脱自在に設けられているとよい。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からである。あるいは、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。
【００７３】
転写部１１には、像担持体１００上の粒子層を中間担持体１１１の表面上へと転写させる転写装置１１０が設けられている。転写装置１１０は、中間担持体１１１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上の粒子層と逆極性の電圧を印加することで、静電的に粒子層を中間担持体１１１側へと転写させる。像担持体１００から中間担持体１１１への転写を１次転写とも称す。転写には、コロナ放電を利用した転写方式やローラ転写方式などの転写方式を用いることができる。
【００７４】
（クリーニング装置）
クリーニング装置１１２は、転写されずに像担持体１００上に残った現像剤粒子を回収し、像担持体１００の表面を清浄する手段である。本実施形態では、像担持体１００に対しカウンター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１１５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。
【００７５】
（中間担持体）
中間担持体１１１には、各粒子層形成部１０で形成された粒子層が転写される。上流側の粒子層形成部１０ａから造形材料の粒子層が転写された後、それと位置を合せて、下流側の粒子層形成部１０ｂからサポート材料の粒子層が転写されることで、中間担持体１１１の表面上に１枚の粒材料層が形成される。
【００７６】
中間担持体１１１は、例えば樹脂、ポリイミドなどの材料からなる無端ベルトであり、図１に示すように、複数のローラ１１４、１１５に張架されている。なお、ローラ１１４、１１５の他にテンションローラを設け、中間担持搬送ベルト１１１のテンションを調整できるようにしてもよい。ローラ１１４、１１５のうち少なくとも一方は駆動ローラであり、像形成時には不図示のモーターの駆動力によって中間担持体１１１を図中反時計周りに回転させる。また、ローラ１１４は、積層ユニットＵ３の２次転写ローラ３１との間で２次転写部を形成するローラである。
【００７７】
（担持体クリーニング装置）
担持体クリーニング装置１１２は、中間担持対１１１の表面に付着した材料をクリーニングする手段である。図では、中間担持体１１１に対しカウンター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。
【００７８】
（画像検知センサー）
画像検知センサー１１３は、中間担持体１１１の表面に担持された粒子レイヤーを検知する手段である。画像検知センサー１１３の検知結果は、材料層の位置合わせ、後段の積層ユニットＵ３とのタイミング制御、材料層の異常検知（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など）などに利用される。
【００７９】
画像検知センサー１１３は、例えば、材料層の単位体積当りの投影面積率を検知する機能を有していると良い。具体的には、画像検知センサー１１３が、材料層に照明を当てて得られた濃淡画像を画像処理し、濃淡画像から材料層の単位面積当たりの投影面積率を算出する機能を備えていればよい。
【００８０】
材料層の単位面積当たりの投影面積率を検知して、９０％未満の時に異常検知することにより、孔の空いた薄膜が形成されるのを防ぎ、積層不良を抑制することができる。画像検知センサー１１３で検知された単位面積当たりの投影面積率は、制御ユニットＵ１へと転送され、制御ユニットＵ１にて異常か否かの判断がなされる。制御ユニットＵ１は、判断結果に応じて、材料層形成ユニットＵ２と積層ユニットＵ３との接触状態を制御する。
【００８１】
具体的には、単位面積当たりの投影面積率が９０％以上の材料層が検知された場合は、材料層形成ユニットＵ１と積層ユニットＵ２とを接触させて、材料層を中間担持体１１１から第２の中間担持体３０へと転写する。もし単位面積当たりの投影面積率が９０％未満の材料層が検知された場合は、材料層形成ユニットＵ１と積層ユニットＵ２とを接触させないで、材料層を中間担持体１１１に保持したままとする。そして、中間担持体に備えた担持体クリーニングで除去し、第２の中間転写体３０に転写しなかった材料層を再度形成し直すと良い。
【００８２】
図１に示した造形装置を用い、画像検知センサー１１３で粒子例やーの単位面積当たりの投影面積率を検知する場合の具体的な動作シーケンスを示すフローチャートを、図１０に示す。
【００８３】
粒子層形成部１０ａにて構造材料の粒子からなる粒子層を形成し（Ｓ５００）、粒子層形成部１０ｂにてサポート材料の粒子からなる粒子層を形成し（Ｓ５０１）、これらの粒子層を中間担持体１１１に順次転写して、１層分の材料層を形成する（Ｓ５０２）。材料層は、中間担持体１１１によって積層ユニットＵ３の方へ搬送される途中、画像検知センサー１１３により、単位面積当たりの投影面積率が検知される（Ｓ５０３）。
【００８４】
画像検知センサー１１３で検知された単位面積当たりの投影面積率の情報は、制御ユニットＵ１へと転送され、単位面積当たりの投影面積率が９０％以上の場合を正常、９０％未満の場合を異常と判断される（Ｓ５０４）。正常と判断された場合、制御ユニットＵ２により、材料層形成ユニットＵ２と積層ユニットＵ３が接触するように制御され（Ｓ５０５）、中間担持体１１上の材料層が、第２の中間担持体３０へと転写される（Ｓ５０６）。材料層の第２の中間担持体３０への転写が完了すると、材料層形成ユニットＵ２と積層ユニットＵ３とが離間し（Ｓ５０７）、材料層は第２の中間担持体３０により積層位置へと搬送される（Ｓ５０８）。
【００８５】
材料層が積層位置に到達すると、第２の中間担持体が停止し（Ｓ５０９）、ステージが上昇して（Ｓ５１０）、材料層はステージ上の中間造形物の上に積層される（Ｓ５１１）。積層が完了するとステージが下降し（Ｓ５１２）、所定数の材料層が形成されたかどうか判断される（Ｓ５１３）。
【００８６】
制御ユニットＵ１にて異常と判断された場合、制御ユニットＵ２は、材料層形成ユニットＵ２と積層ユニットＵ３が離間した状態を維持するよう制御する（Ｓ５１４）。すると、中間担持体１１１上の材料層は第２の中間担持体３０に転写されず、担持体クリーニング装置１１２によって除去される（Ｓ５１５）。
【００８７】
具体例として、材料層をそのまま積層する例を説明したが、材料層が積層位置に到達するまでの間に一旦溶融して薄膜にしておくのも好ましい。
【００８８】
画像検知センサーは、粒材料層の１箇所を検知していてもよいが、材料層が搬送される方向と交差する方向に複数設け、材料層の複数箇所を検知するのが好ましい。
【００８９】
［積層ユニット］
次に、積層ユニットＵ３の構成を説明する。積層ユニットＵ３は、材料層形成ユニットＵ２で形成された材料層を中間担持体１１１から受け取り、これを順に積層し固着することによって、立体造形物を形成するユニットである。
【００９０】
図１に示すように、積層ユニットＵ３は、第２の中間担持体３０、２次転写ローラ３１、画像検知センサー３２、ヒーター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。
【００９１】
（第２の中間担持体）
第２の中間担持体３０は、材料層形成ユニットＵ２で形成された材料層を中間担持体１１１から受け取り、その材料層を積層位置まで担持搬送する。積層位置とは、材料層を作製中の立体造形物の上に積み上げる工程が行われる位置であり、図１の構成では、第２の中間担持搬送ベルト３０がヒーター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。
【００９２】
第２の中間担持体３０は、例えば樹脂、ポリイミド、ステンレス等の金属などの材料からなる無端ベルトであり、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。ローラ３１、３０１、３０２のうち少なくともいずれかが駆動ローラであり、不図示のモーターの駆動力によって第２の中間担持体３０を図中時計周りに回転させる。ローラ３０３、３０４は、第２の中間担持体３０のテンションの調整と、積層位置を通過する第２の中間担持体３０（つまり積層時の材料層）をステージ３４と並行に保つ役割を担うローラ対である。
【００９３】
（２次転写ローラ）
２次転写ローラ３１は、材料層形成ユニットＵ２の中間担持体１１１から、積層ユニットＵ３の第２の中間担持体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、材料層形成ユニットＵ２の対向ローラ１１０との間で中間担持体１１１及び第２の中間担持体３０を挟み込むことで、両者のベルト間に２次転写ニップを形成する。そして、不図示の電源により２次転写ローラ３１に材料層とは逆極性のバイアスを印加することで、材料層を第２の中間担持体３０側へと転写させる。
【００９４】
図には示していないが、２次転写ローラ３１とローラ３０４の間に、第２の中間担持体に受け取った材料層を加熱溶融して、積層する前に膜化するためのヒーターを備えていてもよい。
【００９５】
（画像検知センサー）
画像検知センサー３２は、第２の中間担持体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。画像検知センサー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などに利用される。
【００９６】
（ヒーター）
ヒーター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。ヒーター３３としては、例えば、セラミックヒーター、ハロゲンヒーターなどを用いることができる。また、加熱だけでなく、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設けてもよい。なお、ヒーター３３の下面（ベルト側の面）は平面となっており、積層位置を通過する第２の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。
【００９７】
（ステージ）
ステージ３４は、立体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（積層位置のベルト面に垂直な方向）に移動可能である。積層位置まで担持搬送された材料層をヒーター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、第２の中間担持体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３４上の作製中の造形物の上に積み上げられていく。このように本実施形態では、ヒーター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。
【００９８】
また、図１のステージは、上下方向にしか移動可能になっていないが、第２の中間担持体の搬送方向に対して前後に移動可能になっていてもよい。この場合、ステージと第２の中間担持体が同期して移動しながら、材料層を中間造形物の上に積み上げることができる。このような構成によれば、第２の中間担持体を積層位置で一旦停止させる必要がなくなる。その結果、材料層形成ユニットで形成した材料層をいつでも第２の中間担持体に転写することが可能になるため、積層工程に制約されることがなく、効率よく積層を行うことができる。
【００９９】
ユニットＵ１〜Ｕ３は、互いに異なる筐体を有していてもよいし、複数の筐体に分けて収められていてもよい。ユニットＵ１〜Ｕ３を複数の筐体に分けて収める構成は、立体造形装置の用途、要求性能、造形材料、設置スペース、故障などに応じて、ユニットの組み合わせや交換などを容易に行うことができる。そのため、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のユニット構成はあくまでも一例であり、他の構成を採用しても構わない。
【０１００】
以上説明したように、本発明にかかる実施形態によれば、造形粒子の体積平均径の２倍未満の膜厚で、かつ、単位面積当たりの投影面積率が９０％以上である粒子層を安定して形成することができる。このような粒子層を順次積層することにより、積層不良を抑制することができ、効率良く立体物を作成することが可能となる。
【０１０１】
＜第２実施形態＞
本実施例では、別の現像装置を用いて、造形粒子の体積平均径の２倍未満の膜厚で、かつ、単位面積当たりの投影面積率が９０％以上である粒子層を形成する方法について説明する。現像方法以外は、第１実施形態と同様に行うため、ここでは説明を省略する。
【０１０２】
図１１（ａ）に、本実施形態に用いる現像装置を模式的に示す。図１１（ａ）の現像装置でもハイブリッド現像方式を用いる。
【０１０３】
現像装置１０３は、現像剤を収容する現像容器１０３０と、現像容器１０３０の内部に設けられる回収ローラ１０３１と、現像剤を担持し像担持体１００へ供給する現像ローラ１０３２とを有する。さらに、攪拌供給ローラ１０３４と、スクレーパー１０３５と、磁気ローラ１０３６、高さ規定部材１０３７と、を有する。
【０１０４】
磁気ローラ１０３６は、回転可能な現像剤搬送部材とその内部に固定配置される永久磁石と所望の電位Ｖ１を付与できる導電体を有しており、現像ローラ１０３２に近接して配設されている。現像剤搬送部材の表面には、攪拌供給ローラ１０３４によって攪拌されて帯電した造形粒子を保持する磁気粒子による磁気ブラシが発生する。
【０１０５】
磁気ブラシは、造形粒子を現像ローラ１０３２に供給する前に、磁気ローラ１０３６と同電位の高さ規定部材１０３７によって高さが規定される。高さ規制部材は、磁気ブラシの高さを揃えるもので、これにより現像ローラに供給される造形粒子を一定の量に規定することができる。
【０１０６】
現像ローラ１０３２は、回転可能なトナー搬送部材１０３２ａと、所望の電位を付与することのできる導電部材１０３２ｂとを有している。導電部材１０３２ｂには、磁気ローラ１０３６から、造形粒子を現像ローラ１０３２側に引き寄せる電界が生じる電位Ｖ２が付与される。
【０１０７】
例えば、造形粒子がマイナスに帯電する場合、現像ローラ１０３２には磁気ローラ１０３６よりも高い電位が与えられる。すると、現像ローラ１０３２と磁気ローラ１０３６との間に、現像ローラ１０３２から磁気ローラ１０３６へ向かう電界が形成され、造形粒子を選択的に現像ローラ１０３２に付着させることができる。造形粒子がプラスに帯電する場合は、電界が逆向きになるようにそれぞれのローラに電位を与えると良い。
【０１０８】
磁気ローラ１０３６と現像ローラ１０３２間の電位差Ｖ２１＝｜Ｖ２−Ｖ１｜を調整することにより、現像ローラ１０３２に付着させる造形粒子の量を任意に決めることができる。本実施例では、現像ローラ１０３２に１層以上の造形粒子が付着する電位差を与え、十分な量の造形粒子を保持させる。
【０１０９】
現像ローラ１０３２に付着した造形粒子は、現像ローラの回転の下流に設けられた回収ローラ１０３１と対向する位置に搬送される。
【０１１０】
回収ローラ１０３１は、造形粒子の粒径の２倍の距離だけ現像ローラ１０３２から離間して配設されており、現像ローラ１０３２に２層目以上で付着している造形粒子を回収ローラ１０３１で回収することができる。
【０１１１】
また、回収ローラ１０３１は、回転可能な回収搬送部と所望の電位Ｖ３を付与することのできる導電部材とを有しており、導電部材には磁気ローラ１０３６から、回収ローラ１０３２側に造形粒子を引き寄せる電界が生じる電位Ｖ３が付与される。
【０１１２】
図１１（ｂ）は、回収ローラ１０３１と現像ローラ１０３２間の電位差Ｖ３２＝｜Ｖ３−Ｖ２｜と、現像ローラ１０３２に付着した造形粒子を回収ローラ１０３１に引き寄せて回収する効率との関係示すグラフである。グラフからわかるように、電位差Ｖ２３を調整して、現像ローラ１０３２から回収する造形粒子の量を任意に決めることができる。
【０１１３】
そこで、回収ローラ１０３１の導電部材に、回収効率を５０％とする電圧Ｖｘを与える電位Ｖ３を付与し、現像ローラ１０３２に付着した２層目の造形粒子を回収ローラ１０３１で回収する。回収された造形粒子は、スクレーパー１０３５によって現像容器内に回収される。
【０１１４】
以上説明したように、本実施形態によれば、造形粒子の体積平均径の２倍未満の膜厚で、かつ、単位面積当たりの投影面積率が９０％以上である粒子層を形成することができ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
＜第３実施形態＞
本実施例では、さらに別の構成の現像装置を用いて、造形粒子の体積平均径の２倍未満の膜厚で、かつ、単位面積当たりの投影面積率が９０％以上である粒子層を形成する方法について説明する。現像方法以外は、第１実施形態と同様に行うため、ここでは説明を省略する。図１２に、本実施形態に用いる現像装置を模式的に示す。図１２の現像装置でもハイブリッド現像方式を用いる。現像装置１０３は、現像剤を収容する現像容器１０３０と、現像容器１０３０の内部に設けられる磁気ローラ１０３６と、高さ規制部材１０３７と、攪拌供給ローラ１０３４と、を有している。さらに、磁気ローラ１０３６と対向してヒーター内蔵ローラ１０３８が設けられており、ヒーター内蔵ローラ１０３８と弾性ゴムローラ１０３９とに張架され、回転可能な感温性粘着ベルト１０４０を有している。
【０１１６】
ヒーター内蔵ローラ１０３８は、回転可能なベルト搬送部材とその内部に固定配置されるヒーターを有しており、交流バイアスが印加される磁気ローラ１０３６に近接して配設されている。ローラ１０３８内部のヒーターの温度制御はヒーター制御手段１０４２により行われる。弾性ゴムローラ１０３９は、表面に弾性ゴム層を有する回転可能なベルト搬送部材であり、像担持体１００と接触して配設されている。本実施例の弾性ゴム層の材料はウレタンであるが、シリコンゴムなど、弾性を有した他の材料でも良い。
【０１１７】
感温性粘着ベルト１０４０は、温度によって粘着性が変化する材量を表面に塗装した樹脂製のベルトである。感温性粘着ベルト１０４０には、例えば、５５℃以上に加熱すると粘着力が発現するクールオフタイプ・インテリマーテープ（ニッタ株式会社社製）が好適に用いられる。
【０１１８】
ヒーター内蔵ローラ１０３８で５５℃以上に加熱された感温性粘着ベルト１０４０と磁気ローラ１０３６とが対向する部分において、造形粒子が磁気ブラシと感温性粘着ベルト１０４０との間を交流バイアスの影響により往復する。ベルトに到達する造形粒子の大半は、交流バイアスにより磁気ローラ１０３６に引き戻される。しかし、感温性粘着ベルト１０４０の表面には粘着力が発現しているため、感温性粘着ベルト１０４０表面に接する１層目の粒子は、感温性粘着ベルト１０４０の粘着力によって保持され、磁気ローラ１０３６には引き戻されずにベルト１０４０表面に残る。
【０１１９】
感温性粘着ベルト１０４０の造形粒子が付着した表面は、ベルト冷却手段１０４１により５５℃未満に冷却されて粘着性を失う。更に、弾性ゴムローラ１０３９と像担持体１００との間において、直流バイアスにより像担持体１００側へ現像される。以上説明したように、本実施形態によれば、造形粒子の体積平均径の２倍未満の膜厚で、かつ、単位面積当たりの投影面積率が９０％以上である粒子層を形成することができる。従って、本実施形態にかかる現像装置を用いて形成された粒子層を積層した場合にも、第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２０】
＜第４実施形態＞
本実施例では、さらに別の現像装置を用いて、造形粒子の体積平均径の２倍未満の膜厚で、かつ、単位面積当たりの投影面積率が９０％以上である粒子層を形成する方法について説明する。現像方法以外は、第１実施形態と同様に行うことができるため、ここでは説明を省略する。
【０１２１】
図１３に、本実施形態に用いる現像装置を模式的に示す。図１３では、インクジェットプリンタで出力した液体からなる画像３６に造形粒子を付着させる方式を用いている。
【０１２２】
現像装置１０３は、現像剤を収容する現像容器１０３０と、現像容器１０３０の内部に設けられる現像ローラ１０３２と、高さ規制部材１０３７と、攪拌供給ローラ１０３４を有している。
【０１２３】
現像ローラ１０３２と対向してローラ３０２が設けられており、ローラ３０２とローラ３０１とに張架されたベルト状の中間担持体３０が、ローラ３０１、３０２によって中間担持体３０表面の付着物を搬送可能になっている。
【０１２４】
また、ローラ３０２と現像ローラ１０３２とが対向する位置よりも、中間担持体３０の搬送方向上流側にインクジェットカートリッジが設けられている。
【０１２５】
インクジェットカートリッジ３５は、内部に液体が充填されており、中間担持体３０上の造形粒子を配列させる箇所に液体からなる画像３６を出力する。中間担持体３０上の画像３６は、現像ローラ１０３２と対向する位置へと搬送される。実施形態１と同様にして、現像ローラ１０３２の表面には１層以上の造形粒子が担持される。画像３６がローラ３０２と現像ローラ１０３２とが対向する位置まで来ると、現像ローラ１０３２の最表層造形粒子が画像３６に吸着され中間担持体３０側に移動する。一般的に、現像ローラ１０３２と造形粒子との付着力は造形粒子間付着力よりも強いため、２層目以降の造形粒子は現像ローラに残る。
【０１２６】
以上説明したように、本実施形態によれば、造形粒子の体積平均径の２倍未満の膜厚で、かつ、単位面積当たりの投影面積率が９０％以上である粒子層を形成することができる。従って、本実施形態にかかる現像装置を用いて形成された粒子層を積層した場合にも、他の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【０１２７】
Ｕ１  制御ユニット
Ｕ２  材料層形成ユニット
Ｕ３  積層ユニット
１０、１０ａ  粒子層形成部（粒子層形成手段）
１１１  中間担持体
１１３  センサー
３０  第２の中間担持体
【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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【図１２】
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【図１３】
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