(57)【要約】【課題】造形物の品質及び精度を向上する。【解決手段】与えられたデータに基づき、造形材料からなる材料層を形成する材料層形成部と、前記材料層形成部から転写される前記材料層を搬送する転写体と、前記転写体により搬送された前記材料層が積層されるステージと、を有し、前記ステージ上に前記造形材料からなる３次元物体を作製する造形装置であって、前記転写体上の前記材料層の位置を検出する検出部と、前記検出部の検出結果から前記転写体上の前記材料層の位置ずれ量を計測する計測部と、前記計測部で計測された位置ずれ量に基づいて、前記材料層の積層方向に直交する方向、及び、前記材料層の積層方向を軸方向とする軸を中心とした回転方向に、前記ステージを移動させて、前記転写体と前記ステージとの間の相対位置を調整可能な調整部と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
与えられたデータに基づき、造形材料からなる材料層を形成する材料層形成部と、
前記材料層形成部から転写される前記材料層を搬送する転写体と、
前記転写体により搬送された前記材料層が積層されるステージと、
を有し、前記ステージ上に前記造形材料からなる３次元物体を作製する造形装置であって、
前記転写体上の前記材料層の位置を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果から前記転写体上の前記材料層の位置ずれ量を計測する計測部と、
前記計測部で計測された位置ずれ量に基づいて、前記材料層の積層方向に直交する方向、及び、前記材料層の積層方向を軸方向とする軸を中心とした回転方向に、前記ステージを移動させて、前記転写体と前記ステージとの間の相対位置を調整可能な調整部と、
を備えることを特徴とする造形装置。
【請求項２】
前記材料層形成部に与えるデータに、レジストレーションマーカのデータを付加する付加部を備え、
前記検出部は、前記レジストレーションマーカに対応する位置に設けられ、前記レジストレーションマーカの位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
前記レジストレーションマーカは、前記転写体の進行方向に対して直交するように配置される第１のエッジと前記転写体の進行方向に対し斜めになるように配置される第２のエッジとを有する図形であり、
前記計測部は、前記第１のエッジの検出タイミングから、前記転写体の進行方向に関する前記材料層の位置を取得し、前記第１のエッジの検出タイミングと前記第２のエッジの検出タイミングの差から、前記転写体の進行方向に直交する方向に関する前記材料層の位置ずれ量を取得し、
さらに、レジストレーションマーカが、前記転写体の進行方向に直交する方向に２つ並んで配置されており、
前記計測部は、２つの前記第１のエッジの検出タイミングの差から、前記材料層が転写される前記転写体の転写面に直交する軸を中心とした回転方向に関する前記材料層の位置ずれ量を取得することを特徴とする請求項２に記載の造形装置。
【請求項４】
前記計測部は、前記検出部により検出されたレジストレーションマーカの信号からノイズ成分を取り除くノイズ除去処理を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載の造形装置。
【請求項５】
前記調整部は、前記転写体上の前記材料層を前記ステージ上に積層するときに、当該材料層の１層前の材料層が前記ステージ上に積層されたときの前記転写体と前記ステージとの間の相対位置を基準として、当該材料層の位置ずれ量と、前記１層前の材料層の位置ずれ量との差分に基づいて、前記転写体と前記ステージとの間の相対位置を調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項６】
前記計測部により前記材料層の位置ずれ量を計測した値が、設定した範囲を超える値であった場合、前記調整部は、当該材料層を前記ステージ上に積層するとき、当該材料層の１層前の材料層が前記ステージ上に積層されたときの前記転写体と前記ステージとの間の相対位置を維持することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項７】
前記転写体の蛇行調整を行う蛇行調整手段を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項８】
前記材料層を前記ステージに積層する積層位置近傍に、前記転写体の端部位置を検出する転写体端検出部を有しており、
前記計測部が、前記転写体端検出部の検出結果から、前記検出部から前記積層位置までに生じる、前記転写体の面内における前記転写体の搬送ずれ量を算出し、
前記調整部は、前記計測部が取得した前記材料層の位置ずれ量と前記転写体の搬送ずれ量とを加算して、前記転写体と前記ステージとの間の相対位置を調整することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項９】
前記ステージの原点位置を検出する原点検出手段と、
造形装置本体の基準位置に対する前記ステージの原点位置の移動量を記憶する記憶手段と、を有し、
前記調整部は、３次元物体の作製動作の終了後、前記ステージを前記基準位置に戻すことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項１０】
与えられたデータに基づき、造形材料からなる材料層を形成する材料層形成部と、
前記材料層形成部から転写される前記材料層を搬送する転写体と、
前記転写体により搬送された前記材料層が積層されるステージと、
を有し、前記ステージ上に前記造形材料からなる３次元物体を作製する造形装置を用いる造形方法であって、
前記材料層形成部に与えるデータに対して、レジストレーションマーカのデータを付加する工程と、
前記転写体上の前記材料層に含まれる前記レジストレーションマーカを検出部で検出する工程と、
前記検出部の検出結果から前記転写体上の前記材料層の位置ずれ量を計測部で計測する工程と、
前記計測部で計測された位置ずれ量に基づいて、前記材料層の積層方向に直交する方向、及び、前記材料層の積層方向を軸方向とする軸を中心とした回転方向に、前記ステージを移動させて、前記転写体と前記ステージとの間の相対位置を調整する工程と、
を含むことを特徴とする造形方法。
【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】
多数の層を積み上げることで３次元造形物を形成する造形装置が注目を集めている。この種の造形技術は、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）などと呼ばれる。造形技術にはさまざまな造形方式が提案されている。例えば、特許文献１、３には、電子写真プロセスを応用した造形方式が開示され、特許文献２には、レーザ焼結方式が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２２４５８１号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／００６０３８６号明細書
【特許文献３】特開２００３−０５３８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの方式を用いた造形装置では、各層の断面画像の形状精度（画像形成精度）と各層を積み重ねるときの位置精度（積層精度）が、最終的な造形物の品質に大きな影響を与え得る。特に、特許文献１、３の装置のように、各層の画像を独立に形成しそれらを順に積層するタイプの積層方式では、その問題が大きくなる。しかしながら、特許文献１、３に開示された装置では、画像の歪みや画像位置のばらつきへの対処はなされておらず、画像形成精度及び積層精度を保証することができない。
特許文献２には、レーザ焼結方式の装置において、造形開始前にキャリブレーションプレートをスキャンして画像のセンタ基準を確定する、という位置キャリブレーション方法が開示されている。しかしこの方法は、特許文献１、３のような、各層の画像を独立に形成しそれらを順に積層するタイプの積層方式には適用することができない。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであって、各層を独立に形成しそれらを順に積層して３次元物体を得る方式の造形装置において、３次元物体の品質及び精度を向上するための技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一態様は、
与えられたデータに基づき、造形材料からなる材料層を形成する材料層形成部と、
前記材料層形成部から転写される前記材料層を搬送する転写体と、
前記転写体により搬送された前記材料層が積層されるステージと、
を有し、前記ステージ上に前記造形材料からなる３次元物体を作製する造形装置であって、
前記転写体上の前記材料層の位置を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果から前記転写体上の前記材料層の位置ずれ量を計測する計測部と、
前記計測部で計測された位置ずれ量に基づいて、前記材料層の積層方向に直交する方向、及び、前記材料層の積層方向を軸方向とする軸を中心とした回転方向に、前記ステージを移動させて、前記転写体と前記ステージとの間の相対位置を調整可能な調整部と、
を備えることを特徴とする造形装置を提供する。
【０００７】
本発明の第二態様は、
与えられたデータに基づき、造形材料からなる材料層を形成する材料層形成部と、
前記材料層形成部から転写される前記材料層を搬送する転写体と、
前記転写体により搬送された前記材料層が積層されるステージと、
を有し、前記ステージ上に前記造形材料からなる３次元物体を作製する造形装置を用いる造形方法であって、
前記材料層形成部に与えるデータに対して、レジストレーションマーカのデータを付加する工程と、
前記転写体上の前記材料層に含まれる前記レジストレーションマーカを検出部で検出する工程と、
前記検出部の検出結果から前記転写体上の前記材料層の位置ずれ量を計測部で計測する工程と、
前記計測部で計測された位置ずれ量に基づいて、前記材料層の積層方向に直交する方向、及び、前記材料層の積層方向を軸方向とする軸を中心とした回転方向に、前記ステージを移動させて、前記転写体と前記ステージとの間の相対位置を調整する工程と、
を含むことを特徴とする造形方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、各層を独立に形成しそれらを順に積層して３次元物体を得る方式の造形装置において、３次元物体の品質及び精度を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の造形装置の概略構成を示す断面図
【図２】実施例１の制御部の構成の一例を示す図
【図３】実施例１におけるレジストレーション処理の流れを示すフローチャート
【図４】実施例１における転写体上のレジストレーションマーカを示す図
【図５】レジストレーションマーカ検出、及び補正量計算を説明するための概念図
【図６】レジストレーションマーカ検出、及び補正量計算を説明するための概念図
【図７】実施例１の積層ステージにおけるステージ補正機構を上部から見た概念図
【図８】実施例１の蛇行調整手段について説明するための図
【図９】ステージ補正機構の他の構成例を示す図
【図１０】実施例２における転写体上のレジストレーションマーカを示す図
【図１１】実施例３における転写体上のレジストレーションマーカを示す図
【図１２】実施例４の造形装置の概略構成を示す断面図
【図１３】実施例５の積層造形装置の概略構成を示す断面図
【図１４】実施例５における補正処理の流れを示すフローチャート
【図１５】実施例５における転写体の移動量計算を説明するための概念図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、造形材料からなる材料層を順に積層することによって３次元物体（立体物）を作製する作製動作（造形動作）を行う造形装置及び造形方法に関する。
本発明に係る造形装置は、造形対象物に、造形時に必要となるサポート体を付加した立体物の３次元形状データを造形用のスライスデータへ変換し、各層のスライスデータに応じて層ごとに造形材料からなる画像を形成する。そして、それら造形材料からなる画像を順に積層することで、造形物を造形する装置である。
【００１１】
造形材料としては、作製する立体物の用途・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、造形目的である立体物を構成する材料を「構造材料」と呼び、構造材料で形成される部分を構造体と呼ぶ。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。
【００１２】
また、本明細書では、造形目的とする立体モデルの３次元形状データを積層方向に沿って数層にスライスして得られるデジタルデータを「スライスデータ」と呼ぶ。スライスデータに基づき造形材料で形成される層を「材料層」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モデル（つまり造形装置に与えられる３次元形状データが表す３次元物体）を「造形対象物」と呼び、造形装置で作製された（出力された）３次元物体（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。
【００１３】
［実施例１］
以下に、実施例１について説明する。
（造形装置の構成）
図１を参照して、本実施例の造形装置の構成について説明する。図１は、本実施例の造形装置の概略構成を模式的に示す断面図である。図１において、１は造形装置本体を示し、図に示す内部の構成部材を囲む線は外部空間との境界、すなわち外形線を示している。
【００１４】
造形装置本体１は、図示していない外部のデータ処理装置からスライスデータを受け取り、材料層形成部２にて、造形材料を用いてスライスデータに応じた材料層３を形成する。この材料層形成部としては、電子写真方式やインクジェット方式などが適用出来る。
材料層形成部２で形成された材料層３は、ベルト状の搬送体である転写体５の転写面（表面）に転写され、駆動ローラ４により、図中の矢印方向に積層部まで搬送される。積層部に移動する過程で、材料層３は加熱部６により加熱溶融され、造形材料が粉体状からシート状に一体化された材料層へ変化する。ここで、積層部は、積層ステージ１４と、転写体５と、積層ステージ１４に対向するように転写体５の内周側に配置された対向部材１７で構成されている。また、材料層３が転写体５により積層部まで搬送される搬送中に、非接触位置センサ（検出部）８により材料層３の位置検出が行われる。
【００１５】
転写体５の移動に際しては、蛇行調整手段７を有しているのが好ましい。図８Ａ、図８Ｂは、蛇行調整手段７の一例について説明するための図であり、転写体５を上方から見たときの図である。
図８Ａ、図８Ｂでは、蛇行調整手段７として、転写体５を張架する駆動ローラ４の回転軸の両端部に、それぞれ独立して力を加えることができる機構を備えている。これにより、駆動ローラ４の回転軸方向の両端側で、転写体５を張架する張架力に差をつけることができ、転写体５の蛇行調整を行うことができる。
【００１６】
積層ステージ１４は、ステージ補正機構１２を備え、ステージ上下機構１３によって昇降が可能となっており、後述する補正制御部によって材料層３と造形物１５の位置補正を行うことができる。
本実施例では、ステージ補正機構１２の上面に着脱可能に配置したベースプレート（ベース材）９上に造形物１５を形成する構成としている。このため、積層中にステージ補正機構１２上でベースプレート９が動かないように、ステージ補正機構１２に対してベースプレート９が着脱可能に位置決め固定されるように、次のような手段を設けている。それ
は、ステージ補正機構１２上にベースプレート９を位置決めする位置決め部１１と、ステージ補正機構１２に対してベースプレート９を着脱するための固定解放部１０である。
本実施例の造形装置では、搬送可能なベースプレート９を積層ステージ１４上に配置し、そのベースプレート９上に造形物を造形する構成としているが、これに限るものではない。すなわち、積層ステージ（本実施例ではステージ補正機構１２）上に直接、造形物を造形する構成の造形装置であっても本発明を好適に適用することができる。
【００１７】
転写体５に転写された材料層３が積層部に移動すると、積層ステージ１４を上下方向（積層方向）に移動可能なステージ上下機構１３により、積層ステージ１４が上昇する。
このことで、積層ステージ１４に位置決め固定されたベースプレート９上の造形物１５の上面と、対向部材１７との間で、転写体５に転写されシート状に加熱溶融された材料層３が、転写体５とともに挟み込まれる。このとき、材料層３が転写体５から、ベースプレート９上の造形物１５の上面に、材料層３が転写され、積層される。その後、次に搬送されてくる材料層３を積層するため、ステージ上下機構１３により積層ステージ１４が下降される。この動作が繰り返し行われることで、ベースプレート９上に造形物が造形される。
【００１８】
造形動作の終了後、本実施例では、ベースプレート９と造形物１５が一体化した状態で造形装置から取り出される。
造形動作が終了し、次の造形動作が始まるまでに、ステージ補正機構１２は、補正によって移動し続けた位置から、図１に示した原点検出部２１にて得られている造形装置本体１における原点座標に移動する。その際に、転写体５は、回転駆動され、蛇行調整手段７により、所定の中心位置に戻される。
以上のような、調整シーケンスが行われることにより、造形動作が終了し、次の造形動作が始まるまでに、補正機構が造形装置本体１に対する初期位置（基準位置）に戻される。
【００１９】
このような造形プロセスは制御部１６により制御される。以下に、本実施例の制御部１６について説明する。
（制御部の構成）
図２は、本実施例の制御部１６の構成の一例を示す図である。制御部１６は、画像生成制御部２０１、積層制御部２０２、温度制御部２０３、補正制御部（調整部）２０４を有する。
【００２０】
画像生成制御部２０１は、次の機能を有する。それは、造形対象物の形状に応じて付加するサポート体のデータを生成する機能、サポート体のデータと造形対象物の３次元形状データとからスライスデータを生成する機能である。さらに、各層のスライスデータから材料層形成部２により転写体５に材料層３を生成するように造形装置本体１を制御する機能、スライスデータに対して、レジストレーションマーカのデータを付加する付加部の機能等を有する。
画像生成制御部２０１は、３次元ＣＡＤ、３次元モデラー、３次元スキャナなどで作成されたデータを用いて、３次元形状データを生成することができる。３次元形状データのフォーマットは問わないが、例えば、ＳＴＬ（ＳｔｅｒｅｏＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）等のポリゴンデータを好ましく用いることができる。またスライスデータのフォーマットとしては、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。さらに、画像生成制御部２０１は、スライスデータの解像度変換や復号処理、材料層形成部２による材料層３の形成位置及び転写体への転写タイミングの制御等を行う。その他にも、画像生成制御部２０１は、一般的なレーザプリンタ（２Ｄプリンタ）に内蔵されるプリンタコントローラと同じような機能を有していてもよい。本実施例では、画像生成制御部２０１がスライ
スデータを生成する機能やＳＴＬなどの３次元形状データを生成する機能を有しているが、これらの機能は必ずしも画像生成制御部２０１が有していなくてもよい。例えば、造形装置１の外部でスライスデータや３次元形状データの生成が行われ、その結果が、ネットワークを介して造形装置１の画像生成制御部２０１へ送信される形態であっても良い。
【００２１】
積層制御部２０２は、画像生成制御部２０１により転写体５上に生成された材料層３を、積層ステージ１４上の造形物１５に積層させるように造形装置本体１を制御する機能を有する。
具体的には、積層制御部２０２は、駆動ローラ４を制御して、転写体５上に転写された材料層３を積層部まで搬送し、一旦停止する制御を行う。さらに、積層制御部２０２は、積層ステージ１４の移動制御を行い、積層ステージ１４を上下に移動させてベースプレート９上に造形されている造形物１５に材料層３を積層させる制御を行う。材料層３を造形物１５へ積層する制御が終了すると、積層制御部２０２は、再び転写体５の搬送を開始する。転写体５が停止している間に、材料層形成部２にて材料層３を形成する制御が平行して行われると効率が良い。
温度制御部２０３は、材料層３を溶融するように加熱部６を制御する。
【００２２】
補正制御部２０４は、転写体５上の材料層３の位置ずれ量を計測する計測部と、転写体５と積層ステージ１４との間の相対位置を調整する機能を有し、特に、転写体５上に生成された材料層３と、積層部の造形物１５の位置ズレを補正する機能を有する。
本実施例のように、多数の材料層３を積層して造形物を形成するタイプの造形装置では、積層時の位置精度が最終造形物の品質を左右する。各層の材料層を、積層ステージ１４上に形成されている造形物１５に積層する際に位置のばらつきが大きいと、最終造形物の側面に大きな凹凸ができてしまい、滑らかな表面を得ることができない。後から加工する場合にも、凹凸が大きい分だけ時間を要してしまう。これらは、数百から数万枚の材料層を重ねて１つの最終造形物を造形する造形装置に特有の課題といえる。
そこで、本実施例の補正制御部２０４は、積層時の位置精度を担保するために、各材料層３について、転写体５の上における位置を計測し、積層時に、転写体５上の材料層３と、積層ステージ１４上の造形物１５との間の位置合わせを行う。以下の説明では、この位置合わせを「レジストレーション」、位置補正機能を「レジストレーション機能」と呼ぶ。
【００２３】
（レジストレーション機能）
ここで、レジストレーション機能について説明する。レジストレーション機能は、材料層にレジストレーションマーカを埋め込み、そのマーカの検出位置に基づき積層時の位置合わせを行う。
図３は、本実施例におけるレジストレーション処理の流れを示すフローチャートの一例である。以下に、図３を用いて、レジストレーション処理の流れについて説明する。
【００２４】
ステップＳ３０１では、材料層３を形成するプロセスにおいて、画像生成制御部２０１が、レジストレーションマーカデータに基づき、材料層形成部２によりレジストレーションマーカを同時に形成し転写体５に転写させる。転写体５に転写されるレジストレーションマーカの詳細については図４を用いて後述する。
次に、ステップＳ３０２では、積層制御部２０２が、転写体５上のレジストレーションマーカを積層部に向けて移動させながら、補正制御部２０４が非接触位置センサ８の出力を監視する。非接触位置センサ８で検出されたレジストレーションマーカの先端位置及び通過距離を補正制御部２０４が記憶する。
【００２５】
次に、ステップＳ３０３において、ステップＳ３０２で検出したレジストレーションマーカの検出結果から材料層のＸ方向、Ｙ方向、θ方向の位置ずれ量（補正量）をそれぞれ
計算する。ここで、Ｘ方向は、転写体５の進行（移動）方向であり、Ｙ方向は、転写体５の進行方向に直交する方向であり、θ方向は、材料層３が転写される転写体５の転写面に直交する軸を中心とした回転方向である。
次に、ステップＳ３０４において、補正制御部２０４は、ステップＳ３０３で計算した３方向の位置ずれ量分の位置ずれを補正するように積層ステージ１４を制御する。そして、積層制御部２０２が積層ステージ１４を上下に移動させて造形物１５に材料層３を積層させる。
【００２６】
図４は、本実施例における転写体５上のレジストレーションマーカの一例を示す図である。図４においては、説明の便宜上、図１で示した構成の符号とは異なる符号を用いている。
図４において、４０は、転写体５に相当し、図４は転写体４０を上方から見たときの図となっている。４１と４２は、図１の非接触位置センサ８に相当する。本実施例では、非接触位置センサ８は光学式エリアセンサ、もしくはラインセンサであり、転写体５の進行方向と直交する方向に、レジストレーションマーカを形成する位置に対応づけて２つのセンサを配置する。図４において、４０１は、材料層３が転写体上に形成され得る領域（以下、造形領域）を示しており、境界は不可視でもよい。
【００２７】
図４において、４０２と４０３は、レジストレーションマーカである。レジストレーションマーカ４０２、４０３は、造形領域４０１の先端部の所定位置（材料層３に重ならない位置）に形成される。本実施例のレジストレーションマーカは、転写体の進行方向（Ｘ方向）に対して直交する第１エッジと、Ｘ方向に対し斜めの第２エッジを有する、直角三角形状の図形である。そして、各非接触位置センサ８にそれぞれ検出されるように、転写体５の進行方向と直交する方向に２つのレジストレーションマーカが配置されている。
【００２８】
図４において、４０４は、材料層形成部２により転写体に形成された材料層３に相当する。
レジストレーションマーカ４０２、４０３は、材料層形成部２により造形領域４０１内の所定位置に、材料層４０４と同時に転写される。そのため、レジストレーションマーカの検出結果により材料層の位置ずれ量を取得することができる。
【００２９】
（補正量の計算）
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ及び図６は、図３のステップＳ３０２における転写体５上のレジストレーションマーカ検出、及びステップＳ３０３における補正量計算を説明するための概念図である。
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃにおいて、図４で示した構成と同じ構成部分については同一の符号を付している。
【００３０】
転写体４０を図中の上方に向かって移動させながら、固定された非接触位置センサ４１、４２を用いてレジストレーションマーカ４０２、４０３を検出する。図中Ｓ１は非接触位置センサ４１がレジストレーションマーカ４０２を検出した信号の例を示す。レジストレーションマーカ４０２の第１エッジを検出すると信号はローレベルからハイレベルに変化し、第２エッジを検出すると信号はハイレベルからローレベルに変化する。Ｓ２は同様に非接触位置センサ４２がレジストレーションマーカ４０３を検出した信号の例を示す。
【００３１】
ここで、仮にレジストレーションマーカ４０２、４０３が、転写体４０の進行方向から回転方向にΔθだけずれて転写されたとする。このような場合には、レジストレーションマーカ４０２とレジストレーションマーカ４０３の上端エッジの検出位置（検出タイミング）の差分により回転方向の位置ずれ量Δθを算出することができる。具体的には、非接触位置センサ４１、４２の検出中心同士を結ぶ既知の距離Ｌ１と、レジストレーションマ
ーカ４０２とレジストレーションマーカ４０３の検出位置の差分Ｌ２を利用して、位置ずれ量Δθは、次のように表すことができる。すなわち、位置ずれ量Δθは、三角関数の正接Ｔａｎの逆関数Ａｒｃｔａｎを用いて、Δθ＝Ａｒｃｔａｎ（Ｌ２／Ｌ１）と表すことができる。
【００３２】
また、ΔＹを、造形可能領域４０１の中心位置の、転写体４０のＹ方向の中心位置に対するずれ量として、図５Ａのように、レジストレーションマーカ４０２、４０３が転写体の進行方向と垂直な方向にΔＹだけずれて転写されたとする。このような場合には、レジストレーションマーカ４０２とレジストレーションマーカ４０３の検出距離の比を用いて位置ずれ量ΔＹを算出することができる。具体的には、三角形の上端エッジの長さを１とすると、レジストレーションマーカ４０２の検出距離Ｌ３と４０３の検出距離Ｌ４に対し三角形の相似比を用いて以下の式が成り立つ。（０．５−ΔＹ）：Ｌ３＝（０．５＋ΔＹ）：Ｌ４ΔＹ＝０．５×（Ｌ４−Ｌ３）／（Ｌ３＋Ｌ４）
また、図５Ｃを参照して、レジストレーションマーカ４０２、４０３の転写体の進行方向の位置ずれ量ΔＸを求める。位置ずれ量ΔＸは、転写体上のある基準点からレジストレーションマーカ４０２、４０３の上端エッジまでの検出距離Ｌ５である。基準点は例えば、転写体の移動開始時間を基準点としてもよいし、転写体５が連続稼働する場合は転写体上に予め基準位置となるマーカを打ってもよい。
【００３３】
なお、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃにおいては、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向の位置ずれ量を、他の位置ずれ量がないものとして独立に算出した。これに対して、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向の位置ずれが同時に起こる場合においても、上記の計算を幾何的に合成することにより、各方向の位置ずれ量をそれぞれ求めることができる。
また、本実施例では、レジストレーションマーカの形状を直角三角形状としたが、この形状に限定されるものではない。少なくとも転写体の進行方向に垂直なエッジと、進行方向に対して斜行するエッジを有する図形をレジストレーションマーカとすることができる。
また、本実施例では、対向する２つの直角三角形状の図形をレジストレーションマーカとしたが、θ方向のずれがないと予めわかっている場合には、レジストレーションマーカを１つとすることができる。１つのレジストレーションマーカを用いることで、Ｘ方向、Ｙ方向の位置ずれ量を計算することができる。
【００３４】
（ノイズ除去処理）
本実施例の非接触位置センサ４１、４２は、光学式レーザセンサを想定している。
図５においては、非接触位置センサ４１、４２が、レジストレーションマーカ４０２、４０３を検出したことを示す信号Ｓ１、Ｓ２の波形を、理想的な波形で示している。
しかし、実際の波形は図６にＳ２’で示すように、転写効率の低下による材料層の濃淡などに起因するマーカ領域内のノイズ６０１や、転写体のキズや凹みに起因するマーカ領域外のノイズ６０２が発生する場合がある。
【００３５】
補正制御部２０４は、図３のステップＳ３０３（補正量の計算）において、これらのノイズ成分を除去するノイズ除去処理を行う。具体的には、予めノイズが発生する波形を大量に取得してプロファイルを作成し、ノイズのみ除去するフィルタリング処理を行う。例えば、プロファイルからマーカ領域内及びマーカ領域外に発生するノイズの周波数の閾値を設定し、それぞれの区間に対して設定した閾値より高周波数の波形はノイズとして除去することにより、図６において信号Ｓ２’を信号Ｓ２に変換することができる。
【００３６】
このような処理を行うことにより、レジストレーションマーカの造形精度や転写体の劣化にロバストな補正量の計算が可能になる。
また、例え非接触位置センサ４１、４２により得られた波形が図６に示すＳ２のような
理想的な形状であっても、マーカエッジの欠けなどの原因でマーカ検出区間のずれが起こり、実際より大きな補正値ΔＸ、ΔＹ、Δθが得られることが懸念される。このような問題を防ぐために、予め本実施例の構成で大量のデータを収集しておき、測定値がある設定範囲内に入る最大値と最小値を求めておく。実測値がこれらの最大値より大きい場合、或いは最小値より小さい場合の計測値はノイズと判断してΔＸ、ΔＹ、Δθの移動量を０に設定し、補正機構１２を動かさず前回、すなわち１層前の材料層３に対する補正位置を維持する。このような処理を行うことにより非接触位置センサにより得られた外れ値が原因で過大な補正が行われることを防ぐことができる。
【００３７】
（補正処理）
図７は、図１の積層ステージ１４におけるステージ補正機構１２を上部から見た概念図である。
ステージ補正機構１２は、図３のステップＳ３０３で計算した補正量に基づいて、ステップＳ３０４で補正処理を実行する。
【００３８】
ステージ補正機構１２は、モータ７０１、７０２、７０３を有し、ベースプレート７０４をＸ方向、Ｙ方向、θ方向に移動させるためのそれぞれのモータの送り量が定義されている。補正制御部２０４は、ベースプレート７０４がステップＳ３０３で計算した補正量ΔＸ、ΔＹ、Δθだけ移動するようにモータ７０１、７０２、７０３を制御する。これにより、ベースプレート７０４上に積層された造形物７０５と、材料層３のずれが解消される。
【００３９】
なお、ステージ補正機構１２の補正量は、２層目以降の材料層を積層する際は、ステップＳ３０３で計算した補正量をそのまま使うのではなく、前回の補正位置を記憶しておき、その差分のみを補正するように構成してもよい。
【００４０】
また、造形中に、補正量の予測値がステージ補正機構１２の補正代を超えそうだと判断した場合には、制御部１６は、次のような制御を行うとよい。すなわち、制御部１６は、補正量が補正代の範囲内に収まるように、材料層形成部にて画像の位置をずらしてから材料層を形成し、転写体への転写や補正量の検出及びベースプレートの移動を行えばよい。材料層形成部で画像をずらす方法としては、画像データを加工する方法や、転写体に対する材料層形成部の位置をずらす方法などが挙げられる。
このような制御により、ステージ補正機構１２の補正代を削減し、小型化やコストダウンを図ることが出来る。
【００４１】
また、本実施例の構成では、転写体５上の材料層３に対して、積層ステージ１４上の造形物１５を移動させて補正を行っているが、これに限るものではない。転写体５がＸ方向、Ｙ方向、θ方向に移動可能な構成であれば、材料層３の方を移動させることで、材料層３と造形物１５の相対的な位置ずれを補正することができる。このように、本実施例の補正においては、転写体５と積層ステージ１４とを相対移動させて、転写体５と積層ステージ１４との間の相対位置を調整可能とするものであればよい。
【００４２】
また、非接触位置センサ８としてエリアセンサ又はラインセンサを用いて、転写体５が移動する最中に材料層３の位置検出を行っていたが、これに限るものではなく、画像センサを用いて、転写体５の静止中に材料層３の位置検出を行うものであってもよい。
ステージ補正機構１２は、それぞれのモータを原点位置に復帰させる手段を備え、必要な造形動作が終了した後に、各モータを原点位置に復帰させる機能を備えていてもよい。これにより、新たな造形動作を、ステージ補正機構１２の基準位置から始めることができる。
【００４３】
以上説明したように、本実施例の造形装置の構成によれば、レジストレーションを行うことにより、造形時の位置ずれを可及的に抑えることができる。したがって、形状精度及び寸法精度の高い、高品質な造形物を形成することが可能となる。
その結果、造形後に、造形物表面のヤスリがけ等の２次加工が必要となる場合であっても、２次加工に要する時間を短縮化することができる。これは、人手による作業の削減にもつながり、さらなるコストダウンが可能となる。また、造形物内面など２次加工が不可能な形状を造形する場合等においても、本発明を好適に適用することが可能となる。
【００４４】
（ステージ補正機構の他の構成例）
ここで、ステージ補正機構１２の他の構成例を図９Ａ、図９Ｂに示す。
図９Ａに示すステージ補正機構１２は、造形物１５を乗せるための基台３１と、基台３１の位置を調整するための第一軸駆動機構３２、第二軸駆動機構３３、回転軸駆動機構３４とで構成されている。ここで、回転軸駆動機構３４は、転写体の搬送面に垂直な軸まわりの回転方向の補正に使用するためのものである。また、第二軸駆動機構３３は、転写体の搬送方向の補正に使用するためのものである。また、第一軸駆動機構３２は、転写体の搬送面内で搬送方向に対して垂直方向の補正に使用するためのものである。
この三軸による補正機構により、転写体上の材料層３の位置と、基台３１上に積層される造形物１５の位置を合わせることが出来る。
【００４５】
図９Ｂに示すステージ補正機構１２は、造形物１５を乗せるための基台３５と、基台３５の位置を調整するための第一軸駆動機構３６、第二軸駆動機構３８、第三軸駆動機構３７とで構成されている。ここで、第三軸駆動機構３７は、転写体の搬送方向の補正に使用するためのものである。また、第一軸駆動機構３６と第二軸駆動機構３８は、転写体の搬送面内で搬送方向に対して垂直方向の補正に使用するためのものである。
各駆動機構の先端には回転自在に基台３５を支持している回転軸３９が構成されている。転写体５の搬送方向に補正する際には、第三軸駆動機構３７のみを移動させる。また、転写体５の搬送方向に直交する方向への補正には、第一軸駆動機構３６と第二軸駆動機構３８を同量移動させる。また、三軸の駆動機構を同時に駆動することにより、基台３５を回転させることが出来る為、この組み合わせにより、転写体５上の材料層３の位置と、基台３５上の造形物１５の位置を合わせることが出来る。
ここでは、三軸の補正機能を有したステージ補正機構について説明したが、機構上で精度を抑えられる場合は、補正軸を少なくすることもできる。
【００４６】
［実施例２］
以下に、実施例２について説明する。なお、本実施例においては、実施例１に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例１と同様の構成部分については、その説明を省略する。
図１０は、本実施例で用いるレジストレーションマーカが転写体５上に転写された状態を表す図である。
上述した実施例１では、対向する１対のレジストレーションマーカ４０２、４０３を使用してレジストレーションマーカの検出を行った。これに対して本実施例では、複数対のレジストレーションマーカを使用してＸ方向、Ｙ方向、θ方向の位置ずれ量の検出を行う例について説明する。
【００４７】
本実施例では、図４のレジストレーションマーカ４０２、４０３と同様な、対向する１対のレジストレーションマーカ８０１、８０２を使用する。さらに、レジストレーションマーカ８０１、８０２と同形状でそれぞれ逆向きの三角形状の、対向する１対のレジストレーションマーカ８０３、８０４を使用する。さらに、対向する１対のレジストレーションマーカ８０１、８０２と同様な、対向する１対のレジストレーションマーカ８０５、８０６を使用する。対向する１対のレジストレーションマーカ８０３、８０４と同様な対向
する１対のレジストレーションマーカ８０７、８０８を使用する。
【００４８】
図１０の４対のレジストレーションマーカに対して、図５Ａ〜図５Ｃで示した方法と同様にΔθ、ΔＸ、ΔＹを計算し、それぞれの結果から全体の位置ずれ量を算出することができる。さらに、Ｙ方向のずれに対しては、進行方向に並ぶマーカ間（８０１と８０３、８０５と８０７）についても、図５Ｂと同様な三角比を用いて位置ずれ量を計算することができる。
これにより、レジストレーションマーカの一部が検出不可能な状態となった場合であっても、補正量を算出することができ、マーカ自体の形状精度に対してロバストな補正量を得ることができる。
【００４９】
［実施例３］
以下に、実施例３について説明する。なお、本実施例においては、実施例１、２に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例１と同様の構成部分については、その説明を省略する。
図１１は、本実施例で用いるレジストレーションマーカが転写体５上に転写された状態を表す図である。
実施例１，２では、円形或いは楕円形のスポット径を持つセンサにより１次元の検出信号を取得する例を示した。これに対して本実施例では、転写体の搬送方向に対して垂直な方向を２次元的にスキャンできるラインセンサ９１を使用してＸ方向、Ｙ方向、θ方向のずれ量の検出を行う例を示す。
【００５０】
９０１は、レジストレーションマーカであり、造形領域と平行な辺を持つ長方形をラインセンサ９１のライン幅内に収まるように構成されている。ラインセンサ９１は、一定のサンプリング間隔でレジストレーションマーカ９０１を２次元的にスキャンする。
図１１中Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、それぞれラインセンサ９１によりレジストレーションマーカ９０１上の位置Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３をスキャンした際の信号の例であり、ここでは断面プロファイルと呼ぶ。
【００５１】
レジストレーションマーカ９０１の位置Ｌ１における断面において、信号Ｓ１は、レジストレーションマーカ９０１が存在する領域はハイレベルを示し、レジストレーションマーカ９０１が存在しない領域はローレベルを示している。ここで、レジストレーションマーカ９０１にθ方向のずれが生じると、それぞれの断面プロファイルにおいてレジストレーションマーカのエッジを示すポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３を結んだ線は図１１に示すように斜行する。したがって、断面プロファイル上のエッジのずれ量と、プロファイルのサンプリング間隔を用いてθ方向のずれ量Δθを求めることができる。また、実施例２と同様に、Δθのずれを補正した後のレジストレーションマーカ９０１の上端の位置からＸ方向のずれ量ΔＸが求まり、レジストレーションマーカ９０１の横方向のエッジの位置からＹ方向のずれ量ΔＹを求めることができる。
【００５２】
本実施形態の造形装置によれば、多くの断面形状からレジストレーションマーカのエッジを再現するため、レジストレーションマーカの造形精度に対してロバストなレジストレーションが可能になる。
【００５３】
［実施例４］
以下に、実施例４について説明する。なお、本実施例においては、実施例１〜３に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例１〜３と同様の構成部分については、その説明を省略する。
図１２は、本実施例の造形装置の概略構成を模式的に示す断面図である。図１２において、符号４１〜５７、６１で示す構成要素は、図１で符号１〜１７、２１で示した構成要
素と同じ機能を有するものである。
本実施例においては、積層ステージ５４が、ステージ補正機構５２に加えて、直動ステージ６２が設けられている点で、上述の実施例１〜３とは異なる。積層ステージ５４は、ステージ上下機構５３によって上下方向に移動可能となっている。
ステージ上下機構５３の動作により、転写体上の材料層４３が、造形物５５の上面と対向部材５７との間で、転写体４５とともに挟み込まれるまでは、実施例１と同様であるため、挟み込まれた後の動作について図１２を用いて説明する。
【００５４】
図１２に示すように、材料層４３は、造形物５５の上面と対向部材５７との間で、転写体５とともに挟み込まれた後、転写体４５と直動ステージ６２の接線速度を同期させ、図１２に示す矢印６３方向に移動する。その際に、ステージ補正機構５２は、転写体４５のズレにあわせて補正を続ける。転写体４５のずれ量は、図示していない転写体４５の端面などを検出するセンサにて得られている。この補正により転写体４５の搬送ずれが生じても、造形物５５と転写体４５の界面にずれが生じず、確実な積層接着力を確保することが可能である。
【００５５】
［実施例５］
実施例５について説明する。なお、本実施例においては、実施例１〜４に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例１〜４と同様の構成部分については、その説明を省略する。
図１３は、本実施例の積層造形装置の概略構成を模式的に示す断面図である。本実施例では、積層ステージ１４の上部近傍に転写体５の搬送方向と直交する方向のベルト端位置を測定する非接触式蛇行センサ（転写体端検出部）２２を有する点で実施例１〜４と異なっている。
実施例１〜４の補正制御方式では、非接触式センサ８により検知された材料層の位置ずれに基づいて補正を行っている。そのため、材料層が生成されてから非接触式センサ８の位置までに発生した材料層の位置ずれを補正することはできるが、材料層が非接触式センサ８から積層物１５に接着する位置までに加わる搬送誤差（搬送ずれ）を補正することができない。それに対して、本実施例では、非接触式センサ８から積層位置までの搬送誤差を含む位置ずれを補正することが可能となる。
【００５６】
図１４に示した補正処理のフローチャート例を用いて、本実施例における補正処理の流れについて説明する。
ステップＳ１５０１では、画像生成制御部２０１が、レジストレーションマーカを転写体５に転写させる。これは、図３のステップＳ３０１と同様のステップである。転写体５の上のレジストレーションマーカは、ステップＳ１５０２にて、補正制御部２０４により、非接触センサ８にて検出され、レジストレーションマーカの先端位置及び通過距離が記憶される。続くステップＳ１５０３では、ステップＳ１５０２での検出結果から、材料層のＸ方向、Ｙ方向、θ方向の位置ずれ量のそれぞれが計算される。
【００５７】
ステップＳ１５０４において、補正制御部２０４は、非接触式蛇行センサ２２により転写体５の搬送方向に直交する方向の端部位置を計測する。そして、ステップＳ１５０５で、補正制御部２０４により、ステップＳ１５０４で得られた転写体５の端部位置の検出結果から、ステップＳ１５０２でレジストレーションマーカが検知された時点から材料層が積層位置に到達する時点までの転写体５のＹ方向、θ方向の変動量をそれぞれ計算する。
次に、ステップＳ１５０６で、補正制御部２０４により、ステップＳ１５０３で算出された材料層の位置ずれ量とステップＳ１５０５で算出された転写体５の変動量を重畳して補正量が計算される。ステップＳ１５０７では、ステップＳ１５０６で計算した３方向の位置ずれ量分の位置ずれを補正するように、補正制御部２０４により積層ステージ１４が制御される。そして、積層制御部２０２が積層ステージ１４を上下に移動させて造形物１
５の上に材料層３を積層させる。
【００５８】
図１５は、本実施例における転写体５の端部計測方法の一例を示す図で、転写体５の下面を鉛直方向下側、積層ステージ１４の方向から見上げた図である。図１５において、転写体５が蛇行している状態を実線１６０１で示し、蛇行していない状態を点線１６０２で示している。
本実施例では、非接触式蛇行センサ２２は透過型ラインセンサであり、積層位置近傍における転写体５の端部位置を計測する。１６０６は非接触センサ８による検出位置であり、１６０７は非接触式蛇行センサ２２によって検出される位置を示す。
【００５９】
図１５において、非接触型センサ８−１、８−２にてレジストレーションマーカが検出された時点から材料層３が積層位置１６０７に到達した時点までに、転写体５が点線１６０２の位置から実線１６０１の位置に移動したとする。この間に非接触式蛇行センサ２２で計測した１６０１と１６０２の端部位置の差分ΔＹｂは、材料層３が非接触式センサ８で検出されてから積層位置１６０７までに加わった、転写体５の進行方向に対して直交する方向の搬送誤差である。また、１６０６で検出された材料層３が１６０７で検出されるまでに移動する距離Ｌｂと、ΔＹｂを用いて回転方向の搬送誤差Δθｂも求めることができる。補正制御部２０４は、図５の方法でレジストレーションマーカから求めたΔＹ、Δθに、本実施例で求めたΔＹｂ、Δθｂを加算して補正処理を行う。
【００６０】
本実施例によれば、材料層３が生成されてから非接触式センサ８の位置までに生じる位置ずれに加えて、材料層３が非接触式センサ８から積層位置までに生じた搬送誤差も補正することができ、より高精度な造形物を生成することが可能となる。
【符号の説明】
【００６１】
２…画像形成部、３…材料層、５…転写体、６…材料層、８…非接触位置センサ、１２…ステージ補正機構、１４…積層ステージ、１６…制御部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１４】
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