(57)【要約】【課題】画像形成ユニットと積層ユニットを独立して動かすことができ、各ユニットの配置レイアウトや各工程動作の設計自由度が高い立体造形装置を提供する。【解決手段】画像形成ユニットから積層ユニットへの材料層の受け渡しを行う中間搬送体ユニットを設ける。中間搬送体ユニットは、回転体である中間搬送体と、中間搬送体が画像形成ユニットの第一の搬送体に接触し積層ユニットの第二の搬送体から離間する第一のポジションと、中間搬送体が第一の搬送体から離間し第二の搬送体に接触する第二のポジションとの間で、中間搬送体を移動させる移動機構と、第一のポジションにおいて中間搬送体を第一の搬送体に押し付ける第一の当接力と、第二のポジションにおいて中間搬送体を第二の搬送体に押し付ける第二の当接力を発生させる当接力付与機構と、を有する。【選択図】図１
2017209930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形材料を用いて材料層を形成する画像形成ユニットと、
前記画像形成ユニットにより形成された複数の材料層を積層することで３次元の造形物を作製する積層ユニットと、
前記画像形成ユニットから前記積層ユニットへの材料層の受け渡しを行う中間搬送体ユニットと、を有する立体造形装置において、
前記画像形成ユニットは、形成された前記材料層を搬送する第一の搬送体を有し、
前記積層ユニットは、前記材料層を積層位置へと搬送する第二の搬送体を有し、
前記中間搬送体ユニットは、
回転体である中間搬送体と、
前記中間搬送体が前記第一の搬送体に接触し前記第二の搬送体から離間する第一のポジションと、前記中間搬送体が前記第一の搬送体から離間し前記第二の搬送体に接触する第二のポジションとの間で、前記中間搬送体を移動させる移動機構と、
前記第一のポジションにおいて前記中間搬送体を前記第一の搬送体に押し付ける第一の当接力と、前記第二のポジションにおいて前記中間搬送体を前記第二の搬送体に押し付ける第二の当接力を発生させる当接力付与機構と、を有する
ことを特徴とする立体造形装置。
【請求項２】
前記当接力付与機構は、前記中間搬送体の回転軸を移動可能に支持する支持体と、前記回転軸に対しばね力を作用させることにより前記第一の当接力又は前記第二の当接力を発生させるばねと、を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
【請求項３】
前記支持体は、前記第一のポジションにおいて前記中間搬送体を前記第一の搬送体に押し付ける方向と平行な方向に前記回転軸が移動するように前記回転軸を案内する第一のガイドと、前記第二のポジションにおいて前記中間搬送体を前記第二の搬送体に押し付ける方向と平行な方向に前記回転軸が移動するように前記回転軸を案内する第二のガイドと、を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の立体造形装置。
【請求項４】
前記当接力付与機構は、前記中間搬送体の前記回転軸の両端に設けられている
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の立体造形装置。
【請求項５】
前記ばねは、前記第一の当接力を発生させる第一のばねと、前記第二の当接力を発生させる第二のばねと、を有し、
前記第一のばねと前記第二のばねは、前記回転軸を挟み込むように設けられる
ことを特徴とする請求項２〜４のうちいずれか１項に記載の立体造形装置。
【請求項６】
造形材料を用いて材料層を形成する画像形成ユニットと、
前記画像形成ユニットにより形成された複数の材料層を積層することで３次元の造形物を作製する積層ユニットと、
前記画像形成ユニットから前記積層ユニットへの材料層の受け渡しを行う中間搬送体ユニットと、を有する立体造形装置において、
前記画像形成ユニットは、形成された前記材料層を搬送する第一の搬送体を有し、
前記積層ユニットは、前記材料層を積層位置へと搬送する第二の搬送体を有し、
前記中間搬送体ユニットは、
回転体である中間搬送体と、
前記中間搬送体が前記第一の搬送体に接触し前記第二の搬送体から離間する第一のポジションと、前記中間搬送体が前記第一の搬送体から離間し前記第二の搬送体に接触する
第二のポジションとの間で、前記中間搬送体を移動させる移動機構と、を有し、
前記移動機構は、
前記中間搬送体の回転軸を支持する支持アームと、
前記回転軸と平行な移動回転軸を中心に前記支持アームを回転させる第一の駆動源と、を有する
ことを特徴とする立体造形装置。
【請求項７】
前記中間搬送体を自転させる回転機構を有する
ことを特徴とする請求項６に記載の立体造形装置。
【請求項８】
前記回転機構は、回転駆動源に接続される駆動回転軸と、前記駆動回転軸の回転を前記中間搬送体の回転軸に伝達する駆動伝達機構と、を有し、
前記駆動回転軸と前記移動回転軸の軸心が一致している
ことを特徴とする請求項７に記載の立体造形装置。
【請求項９】
前記駆動伝達機構は、前記駆動回転軸と前記回転軸にそれぞれ設けられる２つのプーリと、ベルトにより構成される
ことを特徴とする請求項８に記載の立体造形装置。
【請求項１０】
前記駆動伝達機構の回転比が１：１である
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の立体造形装置。
【請求項１１】
前記移動機構により前記中間搬送体を前記第一のポジションから前記第二のポジションに移動させながら前記回転機構により前記中間搬送体を自転させたときに、前記中間搬送体が前記第二のポジションに到達するのとほぼ同時に前記中間搬送体から前記第二の搬送体への前記材料層の受け渡しが開始できるように、前記駆動伝達機構の回転比が設定されている
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の立体造形装置。
【請求項１２】
造形材料を用いて材料層を形成する画像形成ユニットと、
前記画像形成ユニットにより形成された複数の材料層を積層することで３次元の造形物を作製する積層ユニットと、
前記画像形成ユニットから前記積層ユニットへの材料層の受け渡しを行う中間搬送体ユニットと、
制御ユニットと、を有する立体造形装置において、
前記画像形成ユニットは、形成された前記材料層を搬送する第一の搬送体を有し、
前記積層ユニットは、前記材料層を積層位置へと搬送する第二の搬送体を有し、
前記中間搬送体ユニットは、
回転体である中間搬送体と、
前記中間搬送体が前記第一の搬送体に接触し前記第二の搬送体から離間する第一のポジションと、前記中間搬送体が前記第一の搬送体から離間し前記第二の搬送体に接触する第二のポジションとの間で、前記中間搬送体を移動させる移動機構と、を有し、
前記制御ユニットは、前記第一の搬送体の搬送速度と前記中間搬送体の搬送速度を揃えた状態で前記中間搬送体を前記第一の搬送体に接触させる制御を行うとともに、前記第二の搬送体の搬送速度と前記中間搬送体の搬送速度を揃えた状態で前記中間搬送体を前記第二の搬送体に接触させる制御を行う
ことを特徴とする立体造形装置。
【請求項１３】
前記制御ユニットは、前記移動機構により前記中間搬送体を前記第一のポジションから前記第二のポジションに移動させながら前記回転機構により前記中間搬送体を自転させ、
前記中間搬送体が前記第二のポジションに到達するのとほぼ同時に前記中間搬送体から前記第二の搬送体への前記材料層の受け渡しが開始できるように制御する
ことを特徴とする請求項１２に記載の立体造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立体造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）、三次元プリンタ、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）等で呼称される技術（以降、ＡＭ技術と総称する）が注目を集めている。ＡＭ技術は、立体構造物の三次元形状データをスライスして多層の断面形状データを生成し、各断面形状データに基づき造形材料により各層を形成し、その造形材料による各層を順次積層し固着していくことで立体構造物を造形する技術である。
これらのＡＭ技術は、金型が不要で複雑形状を造形可能であることから、部品試作に用いられたり、単品や小ロット品の製造に用いられたりしている。
【０００３】
積層造形方法としては、
・光硬化樹脂の液槽表面にレーザ光を照射して、立体構造物の断面形状に硬化してできる層を順次積層する方法、
・予め加熱溶融した線状の材料を吐出して、積層プレート上に断面形状を順次描画、積層する方法、
などが一般的である。
しかしながら、これらのＡＭ技術は、生産性が低い、精度が低い、使用できる材料が限定される、といった部品製造上の課題を有している。
【０００４】
これらを解決する手段として、立体構造物の断面形状データを作成し、各断面形状データに基づいて作成した二次元材料層（材料像とも呼ぶ）を基板上に積層、加熱溶融、固着し、立体構造物を造形する積層造形方法が提案されている。
材料層の固着方法としては、
・二次元材料層を積層プレート上に積層した後、加熱溶融して固着する方法、
・二次元材料層をベルト等の中間転写体に転写した後、加熱溶融処理を行い、シート化した材料層を、積層プレート上に順次積層する方法、
などが考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−５３８４９号公報
【特許文献２】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】
【０００６】
材料層を基板上に積層、加熱溶融、固着して、立体構造物を造形する立体造形装置は、特許文献１及び特許文献２にその構成を見ることができる。
例えば特許文献１には、立体造形装置について、以下のように開示されている。立体造形装置は、転写体に転写された物体現像像と保持部現像像をステージに一括又は個別に転写及び定着する転写・定着手段を備える。ここで特許文献１では、中間転写体上に転写された中間転写断面像が中間転写体により転写定着部に搬送されると、中間転写体は停止しヒーターが設定された一定時間下降することにより、加熱圧着され転写定着される、としている。そのため、中間転写体は搬送と停止を繰り返すこととなり、現像像の中間転写体への転写動作に制約が生じていた。
【０００７】
また特許文献２のアディティブマニュファクチュリングシステムは、加熱された層をビルドプラットフォーム上に層ごとの態様で溶融転写するように構成される。ここで特許文献２では、押圧板を用いるベルトの搬送と停止を繰り返すシステムのほかに、押圧板の代わりにニップローラを含み、ベルトとガントリすなわちビルドプラットフォームを同期する速度で動かすことで、層溶融転写する、としている。このため、ベルトの停止はしないが、層溶融転写から定まる速度でベルトを動かす必要があり、層のベルトへの転写動作に制約が生じる。
【０００８】
以上のように従来の立体造形装置においては、材料層を形成する工程と材料層を積層する工程を同一の転写媒体上で行うため、二つの工程を同期させる必要があり、各工程を担う各ユニットの装置内レイアウトや動作に制約が生じる、という課題があった。
【０００９】
本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、画像形成ユニットと積層ユニットを独立して動かすことができ、各ユニットの配置レイアウトや各工程動作の設計自由度が高い立体造形装置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】
【００１０】
本発明の第一態様は、造形材料を用いて材料層を形成する画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットにより形成された複数の材料層を積層することで３次元の造形物を作製する積層ユニットと、前記画像形成ユニットから前記積層ユニットへの材料層の受け渡しを行う中間搬送体ユニットと、を有する立体造形装置において、前記画像形成ユニットは、形成された前記材料層を搬送する第一の搬送体を有し、前記積層ユニットは、前記材料層を積層位置へと搬送する第二の搬送体を有し、前記中間搬送体ユニットは、回転体である中間搬送体と、前記中間搬送体が前記第一の搬送体に接触し前記第二の搬送体から離間する第一のポジションと、前記中間搬送体が前記第一の搬送体から離間し前記第二の搬送体に接触する第二のポジションとの間で、前記中間搬送体を移動させる移動機構と、前記第一のポジションにおいて前記中間搬送体を前記第一の搬送体に押し付ける第一の当接力と、前記第二のポジションにおいて前記中間搬送体を前記第二の搬送体に押し付ける第二の当接力を発生させる当接力付与機構と、を有することを特徴とする立体造形装置を提供する。
【００１１】
本発明の第二態様は、造形材料を用いて材料層を形成する画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットにより形成された複数の材料層を積層することで３次元の造形物を作製する積層ユニットと、前記画像形成ユニットから前記積層ユニットへの材料層の受け渡しを行う中間搬送体ユニットと、を有する立体造形装置において、前記画像形成ユニットは、形成された前記材料層を搬送する第一の搬送体を有し、前記積層ユニットは、前記材料層を積層位置へと搬送する第二の搬送体を有し、前記中間搬送体ユニットは、回転体である中間搬送体と、前記中間搬送体が前記第一の搬送体に接触し前記第二の搬送体から離間する第一のポジションと、前記中間搬送体が前記第一の搬送体から離間し前記第二の搬送体に接触する第二のポジションとの間で、前記中間搬送体を移動させる移動機構と、を有し、前記移動機構は、前記中間搬送体の回転軸を支持する支持アームと、前記回転軸と平行な移動回転軸を中心に前記支持アームを回転させる第一の駆動源と、を有することを特徴とする立体造形装置を提供する。
【００１２】
本発明の第三態様は、造形材料を用いて材料層を形成する画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットにより形成された複数の材料層を積層することで３次元の造形物を作製する積層ユニットと、前記画像形成ユニットから前記積層ユニットへの材料層の受け渡しを行う中間搬送体ユニットと、制御ユニットと、を有する立体造形装置において、前記画像形成ユニットは、形成された前記材料層を搬送する第一の搬送体を有し、前記積層ユニットは、前記材料層を積層位置へと搬送する第二の搬送体を有し、前記中間搬送体ユニット
は、回転体である中間搬送体と、前記中間搬送体が前記第一の搬送体に接触し前記第二の搬送体から離間する第一のポジションと、前記中間搬送体が前記第一の搬送体から離間し前記第二の搬送体に接触する第二のポジションとの間で、前記中間搬送体を移動させる移動機構と、を有し、前記制御ユニットは、前記第一の搬送体の搬送速度と前記中間搬送体の搬送速度を揃えた状態で前記中間搬送体を前記第一の搬送体に接触させる制御を行うとともに、前記第二の搬送体の搬送速度と前記中間搬送体の搬送速度を揃えた状態で前記中間搬送体を前記第二の搬送体に接触させる制御を行うことを特徴とする立体造形装置を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、画像形成ユニットと積層ユニットを独立して動作させることができる。また、各ユニットの配置レイアウトや各工程動作の設計自由度が高い立体造形装置を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１の立体造形装置を示す図である。
【図２】中間搬送体の移動機構と当接力付与機構を示す図である。
【図３】当接力付与機構の詳細を示す図である。
【図４】中間搬送体と当接力付与機構の配置を示す断面模式図である。
【図５】中間搬送体の移動機構と回転機構を示す図である。
【図６】材料層受け渡し時の材料層搬送状態を示す図である。
【図７】立体造形装置のレイアウト例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については原則として同一の参照番号をふり、重複する説明は省略する。また、説明を具体化するために例示する数値等は、特に言及しない限りは、これに限定するものではない。
【００１６】
図１は本発明の実施例にかかる立体造形装置の概略図である。立体造形装置は、造形対象物の断面情報に応じて造形材料を積層することによって立体造形物を作製する装置である。この装置は、ＡＭ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）システム、３Ｄプリンタ、ＲＰ（Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）システムなどとも呼ばれる。図１において、立体造形装置１は、画像形成ユニット２、中間搬送体ユニット３、積層ユニット４、制御ユニット５を有している。
【００１７】
画像形成ユニット２は、制御ユニット５の処理に従って作成された造形対象物の断面形状データ（スライス画像データとも呼ばれる）に基づき、造形材料からなる１層分の画像（材料層又は材料画像と呼ぶ）を作製する材料層形成手段を備える。本実施例において、材料層形成手段は電子写真方式を用いて材料層を形成する。電子写真方式とは、感光体を帯電し、露光によって潜像を形成し、現像剤を潜像に付着させて画像を形成するという一連のプロセスによって、所望の画像を形成する手法である。立体造形装置では、現像剤として、造形材料の粒子を用いる。
【００１８】
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、造形物（構造体）を構成する材料を「構造材料」と呼び、積層途中の造形物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。
【００１９】
画像形成ユニット２は、１つ又は複数の材料層形成手段を有する。複数の材料層形成手段が存在する場合、各材料層形成手段は同種の造形材料を用いてもよいし、異なる種類の造形材料を用いてもよい。材料層形成手段で形成された材料層はドラム（第一の搬送体）２０によって次工程へと搬送される。複数の材料層形成手段が存在する場合は、各材料層形成手段で形成された材料層はドラム２０に順次転写され、ドラム２０上で１層分の材料層が合成される。
【００２０】
中間搬送体ユニット３は、材料層を画像形成ユニット２から積層ユニット４へ受け渡す装置である。中間搬送体ユニット３は、円筒形状の回転体である中間搬送体３０と、中間搬送体３０を矢印３２の方向に移動させる移動機構７を備える。制御ユニット５からの指令に従って、中間搬送体３０は、画像形成ユニット２のドラム２０に当接するポジションと積層ユニット４のベルト４０に当接するポジションの間をスイング動作可能である。
【００２１】
積層ユニット４は、ベルト４０、駆動ローラ４１、従動ローラ４２を備える。ベルト（第二の搬送体）４０は、受け渡し位置で中間搬送体ユニット３から受取った材料層を搬送する無端状のベルトである。駆動ローラ４１及び従動ローラ４２はベルト４０を架張し、周回搬送するためのローラである。駆動ローラ４１は駆動モータを備える。従動ローラ４２はベルト４０の蛇行を補正するために、不図示の駆動系により回転軸を傾かせることができる。駆動ローラ４１及び従動ローラ４２はそれぞれ、ベルト４０の蛇行を防止するために、中央側を両端側よりも若干高くしたクラウン形状になっている。
【００２２】
材料層１０は、駆動ローラ４１の回転により図中矢印４３の方向に進行し、所定の積層位置４４へ搬送され、積層される。積層中にベルト４０は停止状態となる。符号４５は積層造形物１１を積層保持する基板である積層プレートであり、符号４６は積層プレート４５を着脱可能に保持する積層ステージである。符号４７は積層位置４４のベルト４０上面側に配置され、紙面上下方向に移動可能で、温度制御可能な加熱手段である。積層ステージ４６及び加熱手段４７により、材料層を積層する積層手段が構成されている。
【００２３】
積層ステージ４６は、積層方向（図中紙面上下方向）に移動可能であって、ベルト４０と積層造形物１１とが接触する接触加熱位置と、ベルト４０から積層造形物１１を分離する離間分離位置の間を往復移動する。積層位置４４にてベルト４０の下面側に担持された材料層１０は、加熱手段４７と上昇した積層ステージ４６により挟持され、積層造形物１１の最上層として積層される。材料層１０は、加熱溶融、固着された後、積層ステージ４６の下降によりベルト４０より剥離される。
【００２４】
制御ユニット５は、断面形状データ計算部５０、画像形成ユニット制御部５１、中間搬送体ユニット制御部５２、積層ユニット制御部５３を備える。断面形状データ計算部５０は造形対象物の３次元形状データを受取り、断面形状データを計算する。３次元形状データの形式は問わないが、例えばＳＴＬデータなどが用いられる。画像形成ユニット制御部５１は、画像形成ユニット２のメカ駆動系、電気系、検出系などに従い各系を制御する。中間搬送体ユニット制御部５２は、中間搬送体ユニット３のメカ駆動系、電気系、検出系などに従い各系を制御する。積層ユニット制御部５３は、積層ユニット４のメカ駆動系、電気系、加熱系、検出系などに従い各系を制御する。
【００２５】
材料層１０の形成、搬送、積層、加熱溶融、固着を順次繰り返し、目標の立体造形物が
作製されるが、これらの動作制御及び加熱制御等の全ては、制御ユニット５内の各制御部により、各ユニット毎に独立に制御される。上述のような構成をとることで、各ユニットは独立した動作が可能となる。
【００２６】
図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ〜図３Ｃを用いて、中間搬送体の移動機構と当接力付与機構について説明する。
図２Ａ及び図２Ｂは、各ユニット間の材料層受け渡しポジションにおいて各搬送体が当接している状態を示す図である。以下図面に従い説明する。
【００２７】
図２Ａは、材料層の受け渡しのために、中間搬送体３０が画像形成ユニット２のドラム２０に接触している状態を示している。このときの中間搬送体３０の位置を第一のポジションと呼ぶ。第一のポジションにあるときは、中間搬送体３０は積層ユニット４のベルト４０からは離間している。
符号６は、中間搬送体３０の移動機構７と当接力付与機構８を載せるベースである。ベース６は、中間搬送体３０と各ユニットとの間の材料層受け渡し位置を調整した上で、不図示の装置本体フレームに固定されている。このベース６上に、中間搬送体３０の移動機構７と材料層受け渡し時の当接力付与機構８が搭載される。移動機構７は、移動回転軸７１、移動回転軸７１を回転支持する移動回転軸支持部７２、移動回転軸７１と一体固定されている支持アーム７３を有する。支持アーム７３は、移動回転軸７１とは反対側の端部において中間搬送体３０の回転軸９０を支持している。また、支持アーム７３が回転軸９０を支持する箇所には当接力付与機構８が取り付けられている。不図示の駆動系により、矢印３３方向（反時計回り）に移動機構７を動かし、当接力付与機構８内の圧縮コイルばねが縮むことにより、ドラム２０に対し所定の当接力（第一の当接力）を発生させる。この状態でドラム２０から中間搬送体３０へ材料層を受け渡した後、矢印３４方向（時計回り）に移動機構７を動かし、第一のポジションから中間搬送体３０を移動させる。
【００２８】
図２Ｂは、材料層の受け渡しのために、中間搬送体３０が積層ユニット４のベルト４０に接触している状態を示している。中間搬送体３０の位置は固定ローラ３５により決まる。このときの中間搬送体３０の位置を第二のポジションと呼ぶ。第二のポジションにあるときは、中間搬送体３０は画像形成ユニット２のドラム２０からは離間している。不図示の駆動系により、矢印３６方向（時計回り）に移動機構７を動かし、当接力付与機構８内の圧縮コイルばねが縮むことにより、ベルト４０に対し所定の当接力（第二の当接力）を発生させる。この状態で中間搬送体３０からベルト４０に材料層を受け渡した後、矢印３７方向（反時計回り）に移動機構７を動かし、第二のポジションから中間搬送体３０を移動させる。
【００２９】
図３Ａ〜図３Ｃは、当接力付与機構８の詳細と、第一と第二のポジションにおける当接力付与機構８の状態を示す説明図である。当接付与機構８は、移動回転軸７１を回転軸とする円周方向に移動するが、図３Ａ〜３Ｃでは説明を簡略化するため、当接付与機構８の移動方向を直線で表している。
【００３０】
図３Ａは、当接力付与機構８の詳細を示す図である。符号９０は、中間搬送体３０の回転軸である。当接力付与機構８は、中間搬送体３０の回転軸９０を移動可能に支持する支持体８０と、回転軸９０に対しばね力を作用させる第一のばね８１及び第二のばね８２を有する。本実施例では圧縮コイルばねを用いる。支持体８０は、矩形状の長穴を有する部材であり、その長穴に回転軸９０が嵌合されている。長穴の内壁は回転軸９０を案内するガイドの役割を有しており、第一のガイド８３ａ及び８３ｂと、第二のガイド８４ａ及び８４ｂを有する。
【００３１】
図３Ａに示すように、第一のばね８１及び第二のばね８２は、回転軸９０を左右から挟
み込むように対称に設けられている。第一のばね８１は第一のポジションでドラム２０に対する第一の当接力を発生させるためのばねであり、第二のばね８２は第二のポジションでベルト４０に対する第二の当接力を発生させるためのばねである。第一のガイド８３ａ及び８３ｂは、第一のポジションにおいて中間搬送体３０をドラム２０に押し付ける方向（図２Ａの方向３３）と平行な方向８５に回転軸９０が移動するように回転軸９０を案内するガイドである。第一のガイド８３ａ及び８３ｂは方向８５と平行になっている。同様に、第二のガイド８４ａ及び８４ｂは、第二のポジションにおいて中間搬送体３０をベルト４０に押し付ける方向（図２Ｂの方向３６）と平行な方向８６に回転軸９０が移動するように回転軸９０を案内するガイドである。第二のガイド８４ａ及び８４ｂは方向８６と平行になっている。
【００３２】
更に詳しくは、回転軸９０は不図示の軸受けにより支持されており、軸受けの内輪は中間搬送体３０と一体固定されて回転するようになっている。また、軸受けの外輪外径は上述の支持体８０の長穴に嵌合され、第一及び第二のガイドにより円滑にスライド自在である。一点鎖線７４は、当接力が発生していない状態、つまり回転軸９０がニュートラルな状態における、支持アーム７３の基準位置である。基準位置７４は、第１のポジションと第２のポジションの間の任意の位置に設定することができる。この構成により、中間搬送体３０を方向８５あるいは方向８６に精度良く案内することが可能となる。
【００３３】
図３Ｂは、第一のポジションにおける当接力付与機構８の動作詳細を示しており、図２Ａ中の当接力付与機構８部分を切り取った詳細図となる。図３Ｂにおいて、矢印７５は、基準位置７４から支持アーム７３が移動した距離（押し込みのための移動量）を示し、符号８７は、第一のばね８１の変形量（押し込み量）を示す。
【００３４】
制御ユニット５内の中間搬送体ユニット制御部５２の制御に従い、移動機構７を駆動し、支持アーム７３をドラム２０に向かって距離７５だけ動かす。言い換えれば、中間搬送体３０がドラム２０と接触してから、更に、支持アーム７３を距離７５だけ押し込む。このとき、第一のばね８１が変形量８７だけ圧縮され、第一のばね８１の弾性復元力が回転軸９０に作用し、中間搬送体３０がドラム２０に押し付けられる。距離（押し込みのための移動量）７５又は変形量（押し込み量）８７は、ドラム２０と中間搬送体３０の間に所望の当接力が得られるように設定される。
【００３５】
この構成により、中間搬送体３０をドラム２０に押し付ける方向３３と第一のばね８１の弾性復元力が作用する方向とを一致させることができ、中間搬送体３０とドラム２０の間の安定した接触を実現することができる。なお、中間搬送体３０をドラム２０に押し付ける方向３３は、ドラム２０の回転中心と中間搬送体３０の回転中心を通る線と平行な方向である。また、当接力は第一のばね８１のばね定数と変形量８７から決まる。すなわち、変形量８７を制御すれば、中間搬送体３０とドラム２０の間の当接力をコントロールできる。
【００３６】
図３Ｃは、第二のポジションにおける当接力付与機構８の動作詳細を示しており、図２Ｂ中の当接力付与機構８部分を切り取った詳細図となる。図３Ｃにおいて、矢印７６は、基準位置７４から支持アーム７３が移動した距離（押し込みのための移動量）を示し、符号８８は、第二のばね８２の変形量（押し込み量）を示す。
【００３７】
制御ユニット５内の中間搬送体ユニット制御部５２の制御に従い、移動機構７を駆動し、支持アーム７３をベルト４０に向かって距離７６だけ動かす。言い換えれば、中間搬送体３０がベルト４０と接触してから、更に、支持アーム７３を距離７６だけ押し込む。このとき、第二のばね８２が変形量８８だけ圧縮され、第二のばね８２の弾性復元力が回転軸９０に作用し、中間搬送体３０がベルト４０に押し付けられる。距離（押し込みのため
の移動量）７６又は変形量（押し込み量）８８は、ベルト４０と中間搬送体３０の間に所望の当接力が得られるように設定される。
【００３８】
この構成により、中間搬送体３０をベルト４０に押し付ける方向３６と第二のばね８２の弾性復元力が作用する方向とを一致させることができ、中間搬送体３０とベルト４０の間の安定した接触を実現することができる。なお、中間搬送体３０をベルト４０に押し付ける方向３６は、固定ローラ３５の回転中心と中間搬送体３０の回転中心を通る線と平行な方向である。また、当接力は第二のばね８２のばね定数と変形量８８から決まる。すなわち、変形量８８を制御すれば、中間搬送体３０とベルト４０の間の当接力をコントロールできる。
【００３９】
上述したように、本実施例の中間搬送体ユニット３の構成によれば、位置精度良く、所望の当接力で材料層の受け渡しが可能となる。
【００４０】
移動機構７及び当接力付与機構８の構成は本実施例のものに限定されない。例えば、本実施例では、移動機構７として、移動回転軸７１を有する回転機構を用いたが、移動距離が短い場合などは直動機構で代用することも可能である。また、第一のばね８１と第二のばね８２は、圧縮コイルばね以外にも、引張コイルばね、ねじりコイルばね、更に板ばね、トーションバーなどが適用可能である。また、第一のばね８１と第二のばね８２のばね定数は、異なる設定でも良い。また、本実施例では、回転軸９０を案内する第一のガイド８３ａ及び８３ｂの方向と第二のガイド８４ａと８４ｂの方向、すなわち方向８５と８６が同軸であったが、中間搬送体３０の受け渡し方向に合わせて、この方向軸は任意に設けることが可能である。また、本実施例では、支持アーム７３の移動距離（押し込みのための移動量）を駆動系で制御することでばねの変形量を調整したが、所望の変形量を与えることができる位置で支持アーム７３の移動距離（押し込みのための移動量）を規制するストッパ（位置決め機構）を設けてもよい。
【００４１】
図４を用いて、中間搬送体３０の構造と当接力付与機構８の配置について説明する。
図４は、本実施例の立体造形装置における、第一のポジションでの中間搬送体３０と当接力付与機構８を示す断面模式上面図である。中間搬送体３０は、アルミニウム製の薄肉円筒形状の部材である。回転軸９０はＳＵＳ製であり、中間搬送体３０に対し固定されている。当接力付与機構８は、回転軸９０の両端に設けられ、中間搬送体３０を両側から支持する。
【００４２】
この構成により、中間搬送体３０とドラム２０の接触時に円滑な当接、及び当接後の当接力維持が可能となる。本実施例では、当接力付与機構８を中間搬送体３０の回転軸９０の両端に配置したので、中間搬送体３０とドラム２０の間の接触部全体にわたり均一な当接力を付与することができ、ドラム２０から中間搬送体３０への材料層の良好な受け渡しを実現できる。また、中間搬送体３０をアルミニウム製の薄肉円筒形状とすることで、軽量化が図れ、移動時の動作を速くできる。
【００４３】
図５を用いて、中間搬送体３０の移動機構７と回転機構９に関して説明する。
図５は、中間搬送体３０を第一のポジションと第二のポジションの間で移動させる移動機構７と、中間搬送体３０を自転させる回転機構９を示す概略側面図である。図５において、ベース６上に、中間搬送体３０を駆動する移動機構７と回転機構９が設置されている。
【００４４】
移動機構７に関し、既に図２Ａにて説明しているので、未説明部分について説明する。ベース６上の２か所に移動回転軸支持部７２が固定されており、この移動回転軸支持部７２により移動回転軸７１を回転自由に支持する。移動回転軸支持部７２の外側において、
２本の支持アーム７３が移動回転軸７１に固定される。この際、支持アーム７３に取り付けられている中間搬送体３０の回転軸９０と移動回転軸７１とが平行になるように固定する。移動回転軸７１の一方の端にカップリング７７を介して移動駆動モータ（第一の駆動源）７８が接続される。この構成により、制御ユニット５内の中間搬送体ユニット制御部５２の制御に従い、移動駆動モータ７８を駆動することで、中間搬送体３０を任意の位置に移動させることが可能となる。
【００４５】
回転機構９は、中間搬送体３０の回転軸９０、駆動回転軸９１、回転駆動モータ（回転駆動源）９２、プーリ９３及び９５、ベルト９４により構成されている。駆動回転軸９１は回転駆動モータ９２の回転軸に接続されている。回転駆動モータ９２は、駆動回転軸９１と移動機構７の移動回転軸７１の軸心が一致するように、ベース６上に固定されている。プーリ９３及び９５とベルト９４は、回転駆動モータ９２の駆動を回転軸９０に伝達するための駆動伝達機構である。詳しくは、歯付きの（タイミング）ベルト９４、歯付きの駆動側プーリ９３と歯付きの従動側プーリ９５で構成され、駆動側プーリ９３と従動側プーリ９５は同じ歯数、すなわち１：１の回転比（変速比）である。この構成により、制御ユニット５内の中間搬送体ユニット制御部５２の制御に従い、回転駆動モータ９２を駆動することで、中間搬送体３０を任意の回転角（位相）に回転させることが可能となる。
【００４６】
また、上記のような移動機構７と回転機構９の構成より、中間搬送体３０の移動（ドラム２０とベルト４０の間の移動）、中間搬送体３０自体の回転、更には、中間搬送体３０を移動しながら回転させること、が可能となる。
【００４７】
図６Ａ〜図６Ｅを用いて、中間搬送体３０による材料層の受け渡しに関して説明する。
図６Ａ〜図６Ｅは、中間搬送体３０が第一のポジションでドラム２０から材料層を受取り、第二のポジションでベルト４０に材料層を渡すまでの動きを示す模式図である。図６Ａ〜図６Ｅでは、説明に必要な部材のみ描いてある。符号１０は材料層を示し、符号１０１は材料層１０の受け渡し先頭部を示す。符号２０は画像形成ユニット２内で作製した材料層１０を搬送するドラムを示し、符号３０は材料層１０をドラム２０から受取る中間搬送体を示し、符号４０は材料層１０を中間搬送体３０から受取るベルトを示す。ドラム２０、中間搬送体３０、ベルト４０は、制御ユニット５内の各制御部の指示に基づき不図示の駆動系により連動して動作可能である。なお、図中の矢印は各部材の回転や移動の軌跡を表している。
【００４８】
ドラム２０から中間搬送体３０へ材料層１０の受け渡しを行う場合、ドラム２０の搬送速度（周速度）と中間搬送体３０の搬送速度（周速度）を揃えた状態で、中間搬送体３０をドラム２０に対し所定の当接力で押し当て、材料層１０の転写を行う。図６Ａは、第一のポジションでドラム２０から中間搬送体３０へ材料層１０の受け渡しが終了した状態を示している。ドラム２０に担持された材料層１０を中間搬送体３０へ完全に受け渡すため、中間搬送体３０の周長はドラム２０の周長と同じかそれより長い必要がある。本実施例では、中間搬送体３０の周長がドラム２０の周長の２倍に設定されており、材料層１０の受け渡しの時は、ドラム２０を一回転、中間搬送体３０を半回転させる。
【００４９】
図６Ｂは、材料層１０を受取った中間搬送体３０が第二のポジションに向かい移動している状態を示している。中間搬送体３０が第二のポジションに到達した時に待ち時間無く材料層１０の転写を開始できるように、移動中に中間搬送体３０を自転させて、材料層１０の受け渡し先頭部１０１の位置が調整される。
【００５０】
図６Ｃは、中間搬送体３０が第二のポジションに到達した状態、つまり、中間搬送体３０からベルト４０への材料層１０の受け渡しを開始する時点の状態を示している。予め中間搬送体３０の搬送速度（周速度）とベルト４０の搬送速度を揃えた状態で、中間搬送体
３０をベルト４０に対し所定の当接力で押し当てる。このタイミングで、材料層１０の受け渡し先頭部１０１がちょうど中間搬送体３０とベルト４０の間の接触部に進入し、材料層１０の転写が開始される。
図６Ｄは、第二のポジションで中間搬送体３０からベルト４０へ材料層１０の受け渡しが終了した状態を示している。
【００５１】
図６Ｅは、第二のポジションで材料層１０の受け渡しが終了し、中間搬送体３０とベルト４０が離れた状態を示している。中間搬送体３０が離れたことで、ベルト４０は所望の搬送速度で材料層１０を積層位置へ運ぶことが出来る。例えば、中間搬送体３０とベルト４０が接触している間は材料層１０の転写に適した第一の速度でベルト４０を駆動し、中間搬送体３０がベルト４０から離れた後は第一の速度より速い第二の速度でベルト４０を駆動するよう、搬送速度を制御してもよい。これにより、材料層１０の安定した転写と、高速な搬送（作製時間の短縮）との両立を図ることができる。
【００５２】
本実施例では、移動可能な中間搬送体３０を用いて、画像形成ユニット２と積層ユニット４の間の材料層の受け渡しを行う。そして、画像形成ユニット２から材料層１０を受け取るときは中間搬送体３０と積層ユニット４（ベルト４０）は離間し、材料層１０を積層ユニット４に受け渡すときは中間搬送体３０と画像形成ユニット２（ドラム２０）は離間する。したがって、画像形成ユニット２における材料層形成プロセスと積層ユニット４における積層プロセスとを独立に制御することができる。
【００５３】
また本実施例では、プーリとベルトの遊星機構により中間搬送体３０の回転機構９を構成している。本実施例では駆動伝達機構の回転比（変速比）を１：１に設定したが、回転比は任意に設定することができる。例えば、中間搬送体３０が第二のポジションに到達するのとほぼ同時に中間搬送体３０からベルト４０への材料層１０の受け渡しが開始できるように、駆動伝達機構の回転比を設定してもよい。これにより、第二のポジションにおいて材料層１０の先頭位置を調整するための回転駆動を行う必要がなくなり、中間搬送体３０の制御が簡易になる。また、材料層の受け渡しを効率化でき、造形時間の短縮を図ることができる。
【００５４】
図７Ａ〜図７Ｃを用いて、装置レイアウトの好ましい例を説明する。図７Ａ〜図７Ｃは、画像形成ユニット２と中間搬送体ユニット３と積層ユニット４の装置レイアウトのイメージを示す模式図である。
【００５５】
図７Ａは、左右に画像形成ユニット２と積層ユニット４、間に中間搬送体ユニット３を配置したレイアウトである。これによると、高さの低い装置を実現できる。図７Ｂは、上下に画像形成ユニット２と積層ユニット４、間に中間搬送体ユニット３を配置したレイアウトである。これによると、設置面積の小さい装置を実現できる。図７Ｃは、右下に画像形成ユニット２、その上に中間搬送体ユニット３を配置し、加熱積層エリア４８の上側に材料層を搬送するプレート形状の搬送体４９を設けたレイアウトである。これによると、加熱積層エリアを左側に集めた装置レイアウトを実現できる。
【００５６】
以上の構成により、装置レイアウトの設計自由度が増し、また、材料層を受取る時に時計回転、渡す時に反時計回転も可能となり、各搬送の向きを気にする必要が無くなり、設計自由度が増す。条件がそろえば、市販の複写機の画像形成ユニットを流用するなども可能となる。したがって、様々な形態の立体造形装置が低コストで製作できるようになる。
【符号の説明】
【００５７】
１：立体造形装置、２：画像形成ユニット、３：中間搬送体ユニット、４：積層ユニット、７：移動機構、８：当接力付与機構、９：回転機構、１０：材料層、２０：ドラム（第
一の搬送体）、３０：中間搬送体、４０：ベルト（第二の搬送体）
【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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