(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
付着ステージＡと造形ステージＢとの間を往復搬送される板状の搬送部材を備え、造形ステージＢから戻る搬送部材は、付着ステージＡを通過して待機ステージＣに待機すると共に、
立体造形に関するデータを出力する制御装置と、
この制御装置から出力される１層分のデータに従って、付着ステージＡで帯電された搬送部材に１層分の造形材料を静電気付着する付着装置と、
この造形材料が付着された搬送部材を造形ステージＢに搬送する搬送装置と、
この造形ステージＢに順次搬送されてくる当該搬送部材に付着された１層分の造形材料を立体的に順次積層する積層装置と、を備え、
この積層装置は、立体的に積層した造形物を帯電し、当該造形物の上に前記搬送部材に付着された１層分の造形材料を静電気付着させ、前記板状の搬送部材を造形ステージＢから退避させた後に熱転写ローラにより直接加熱して１層分の造形材料を造形物の上に溶融固着させることを特徴とする積層立体造形装置。
【請求項２】
前記付着装置が、
搬送部材を除電する除電部と、
この除電された搬送部材を前記データに基づいて帯電する帯電部と、
この帯電された搬送部材に造形材料を静電気付着する付着部と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の積層立体造形装置。
【請求項３】
立体造形に関するデータを出力する制御装置と、
回転駆動されると共に、クリーニングでクリーニングされ、除電部で除電され、帯電部でドラム表面全域がほぼ均一に帯電される感光体と、
この帯電された感光体を立体造形に関する１層分のデータに基づいて露光し、この露光した部分の電荷を除去する電荷除去部と、
この電荷除去部を経た感光体に１層分の造形材料を静電気付着する付着部と、
この感光体に付着されている１層分の造形材料を立体的に順次積層する積層装置と、を備え、
この積層装置は、立体的に積層した造形物を帯電し、当該造形物の上に前記感光体に付着された１層分の造形材料を静電気付着させ、１層分の造形材料を静電気付着させた造形物を、造形テーブルにより熱転写ローラの位置まで移送し、当該熱転写ローラにより直接加熱して１層分の造形材料を造形物の上に溶融固着させることを特徴とする積層立体造形装置。
【請求項４】
前記積層装置以外の装置がセットになって少なくとも４台連接され、
単一の積層装置が各セットにおける造形材料を立体的に順次積層しつつ、各セット間を移動する構成をなし、
各セットの付着装置の造形材料がフルカラーの４色（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）のいずれかに着色され、フルカラーの立体造形を可能にした、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の積層立体造形装置。
【請求項５】
前記積層装置以外の装置がセットになって少なくとも４台連接され、
各セット間を移動し、それぞれの付着装置で付着された造形材料が一層分まとめて転写される転写部材を備え、
単一の積層装置が前記転写部材における１層分の造形材料を立体的に順次積層する構成をなし、
各セットの付着装置の造形材料がフルカラーの４色（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）のいずれかに着色され、フルカラーの立体造形を可能にした、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の積層立体造形装置。
【請求項６】
付着ステージＡと造形ステージＢとの間を往復搬送される板状の搬送部材を備え、造形ステージＢから戻る搬送部材は、付着ステージＡを通過して待機ステージＣに待機すると共に、
立体造形に関するデータを出力する過程と、
この出力される１層分のデータに従って、付着ステージＡで帯電された搬送部材に１層分の造形材料を静電気付着する付着過程と、
この造形材料が付着された搬送部材を造形ステージＢに搬送する搬送過程と、
この造形ステージＢに順次搬送されてくる当該搬送部材に付着された１層分の造形材料を立体的に順次積層する積層過程と、を備え、
この積層過程は立体的に積層した造形物を帯電し、当該造形物の上に前記搬送部材に付着された１層分の造形材料を静電気付着させ、前記板状の搬送部材を造形ステージＢから退避させた後に熱転写ローラにより直接加熱して１層分の造形材料を造形物の上に溶融固着させることを特徴とする積層立体造形方法。
【請求項７】
前記付着過程が、
搬送部材を除電する除電過程と、
この除電された搬送部材を前記データに基づいて帯電する帯電過程と、
この帯電された搬送部材に造形材料を静電気付着する付着過程と、
を備えたことを特徴とする請求項６記載の積層立体造形方法。
【請求項８】
立体造形に関するデータを出力する過程と、
回転駆動されるとともに、クリーニングされ、除電された感光体をドラム表面全域をほぼ均一に帯電させる帯電過程と、
この帯電された感光体を立体造形に関する１層分のデータに基づいて露光し、この露光した部分の電荷を除去する電荷除去過程と、
この露光した部分の電荷を除去した感光体に１層分の造形材料を静電気付着する付着過程と、
この感光体に付着されている１層分の造形材料を立体的に順次積層する積層過程と、を備え、
この積層過程は、立体的に積層した造形物を帯電し、当該造形物の上に前記感光体に付着された１層分の造形材料を静電気付着させ、１層分の造形材料を静電気付着させた造形物を、造形テーブルにより熱転写ローラの位置まで移送し、当該熱転写ローラにより直接加熱して１層分の造形材料を造形物の上に溶融固着させることを特徴とする積層立体造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば樹脂等の造形材料を立体的に積層して立体形状物を造形する積層立体造形装置及び積層立体造形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、三次元ＣＡＤを利用して物品の立体形状を設計し、コンピュータ上で当該物品をほぼ等間隔にスライスしてその断面の形状をつくり、この断面の形状のデータを出力し、このデータに従って、液状の光硬化性樹脂の表面をレーザ光でスキャンし、その部分の樹脂を硬化させ、この工程を繰り返し、硬化樹脂を順次積層して設計通りの立体形状物を造形するシステムが知られている。
【０００３】
この種のものでは、通常の切削加工が困難な自由曲面や複雑な構造を有する立体物を簡単に製作することができる。また、完全自動化されたプロセスであり、装置を操作するために特別な知識や熟練が必要になることがない。更に、短時間で経済的なモデル製作が可能である、等の効果が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、液状の光硬化性樹脂の表面をレーザ光で多数回スキャンすることにより、１層分の樹脂を硬化させるプロセスを採用するため、立体造形に長時間がかかるという問題がある。これを解消するため、従来、レーザ光で多数回スキャンすることなく、面露光によって１層分の樹脂を一度に硬化するプロセスを採用した装置が提案されている（例えば、特許第２５３９４５３号公報）。しかしながら、この装置は構造が極めて複雑である。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、簡単な装置構成により短時間で立体造形を可能にした積層立体造形装置及び積層立体造形方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、付着ステージＡと造形ステージＢとの間を往復搬送される板状の搬送部材を備え、造形ステージＢから戻る搬送部材は、付着ステージＡを通過して待機ステージＣに待機すると共に、立体造形に関するデータを出力する制御装置と、この制御装置から出力される１層分のデータに従って、付着ステージＡで帯電された搬送部材に１層分の造形材料を静電気付着する付着装置と、この造形材料が付着された搬送部材を造形ステージＢに搬送する搬送装置と、この造形ステージＢに順次搬送されてくる当該搬送部材に付着された１層分の造形材料を立体的に順次積層する積層装置と、を備え、この積層装置は立体的に積層した造形物を帯電し、当該造形物の上に前記搬送部材に付着された１層分の造形材料を静電気付着させ、前記板状の搬送部材を造形ステージＢから退避させた後に熱転写ローラにより直接加熱して１層分の造形材料を造形物の上に溶融固着させることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、前記付着装置が、搬送部材を除電する除電部と、この除電された搬送部材を前記データに基づいて帯電する帯電部と、この帯電された搬送部材に造形材料を静電気付着する付着部と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３記載の発明は、立体造形に関するデータを出力する制御装置と、回転駆動されると共に、クリーニングでクリーニングされ、除電部で除電され、帯電部でドラム表面全域がほぼ均一に帯電される感光体と、この帯電された感光体を立体造形に関する１層分のデータに基づいて露光し、この露光した部分の電荷を除去する電荷除去部と、この電荷除去部を経た感光体に１層分の造形材料を静電気付着する付着部と、この感光体に付着されている１層分の造形材料を立体的に順次積層する積層装置と、を備え、この積層装置は、立体的に積層した造形物を帯電し、当該造形物の上に前記感光体に付着された１層分の造形材料を静電気付着させ、１層分の造形材料を静電気付着させた造形物を、造形テーブルにより熱転写ローラの位置まで移送し、当該熱転写ローラにより直接加熱して１層分の造形材料を造形物の上に溶融固着させることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載のものにおいて、前記積層装置以外の装置がセットになって少なくとも４台連接され、単一の積層装置が各セットにおける造形材料を立体的に順次積層しつつ、各セット間を移動する構成をなし、各セットの付着装置の造形材料がフルカラーの４色（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）のいずれかに着色され、フルカラーの立体造形を可能にした、ことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載のものにおいて、前記積層装置以外の装置がセットになって少なくとも４台連接され、各セット間を移動し、それぞれの付着装置で付着された造形材料が一層分まとめて転写される転写部材を備え、単一の積層装置が前記転写部材における１層分の造形材料を立体的に順次積層する構成をなし、各セットの付着装置の造形材料がフルカラーの４色（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）のいずれかに着色され、フルカラーの立体造形を可能にした、ことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６記載の発明は、付着ステージＡと造形ステージＢとの間を往復搬送される板状の搬送部材を備え、造形ステージＢから戻る搬送部材は、付着ステージＡを通過して待機ステージＣに待機すると共に、立体造形に関するデータを出力する過程と、この出力される１層分のデータに従って、付着ステージＡで帯電された搬送部材に１層分の造形材料を静電気付着する付着過程と、この造形材料が付着された搬送部材を造形ステージＢに搬送する搬送過程と、この造形ステージＢに順次搬送されてくる当該搬送部材に付着された１層分の造形材料を立体的に順次積層する積層過程と、を備え、この積層過程は立体的に積層した造形物を帯電し、当該造形物の上に前記搬送部材に付着された１層分の造形材料を静電気付着させ、前記板状の搬送部材を造形ステージＢから退避させた後に熱転写ローラにより直接加熱して１層分の造形材料を造形物の上に溶融固着させることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７記載の発明は、請求項６記載のものにおいて、前記付着過程が、搬送部材を除電する除電過程と、この除電された搬送部材を前記データに基づいて帯電する帯電過程と、この帯電された搬送部材に造形材料を静電気付着する付着過程と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、立体造形に関するデータを出力する過程と、回転駆動されるとともに、クリーニングされ、除電された感光体をドラム表面全域をほぼ均一に帯電させる帯電過程と、この帯電された感光体を立体造形に関する１層分のデータに基づいて露光し、この露光した部分の電荷を除去する電荷除去過程と、この露光した部分の電荷を除去した感光体に１層分の造形材料を静電気付着する付着過程と、この感光体に付着されている１層分の造形材料を立体的に順次積層する積層過程と、を備え、この積層過程は、立体的に積層した造形物を帯電し、当該造形物の上に前記感光体に付着された１層分の造形材料を静電気付着させ、１層分の造形材料を静電気付着させた造形物を、造形テーブルにより熱転写ローラの位置まで移送し、当該熱転写ローラにより直接加熱して１層分の造形材料を造形物の上に溶融固着させることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１において、１は三次元ＣＡＤを含む制御装置を示し、このシステムでは、制御装置１を利用して物品の立体形状を設計する。この制御装置１は所定の制御プログラムに従って、コンピュータ上で当該物品をほぼ等間隔にスライスしてその断面の形状をつくり、この断面の形状のデータを出力する。
【００１８】
この制御装置１から出力されるデータは、造形装置１０のコントローラ１１に出力され、このコントローラ１１が以下の各装置の制御を司る。
【００１９】
この造形装置１０は、静電粉末用の付着装置３と、搬送装置５と、立体造形用の積層装置７とを備えている。この付着装置３は、付着ステージＡに位置し、ここでは制御装置１から出力される１層分のデータに従って、プラスに帯電された搬送部材９に、マイナスに帯電された１層分の造形材料（例えば、粉末現像トナー）３１が静電気によって付着される。
【００２０】
この搬送部材９は、ベルト等の搬送装置５を介して、付着ステージＡと造形ステージＢとの間を往復搬送され、造形ステージＢから戻る搬送部材９は、付着ステージＡを通過して待機ステージＣに待機する。
【００２１】
運転が開始されると、ここに待機する搬送部材９は、コントローラ１１からの指令に従い、付着ステージＡに搬送される。この付着ステージＡには、搬送部材９の下面を除電する除電部３３と、クリーニング３４と、除電された搬送部材９の下面を１層分のデータに基づいて画像をプラス帯電させるアレイ状の帯電部３５と、このプラス帯電された搬送部材９の下面にマイナス帯電された粉末現像トナー３１を静電気付着させる付着部３６とが設けられる。
【００２２】
なお、マイナスに帯電された搬送部材９に、プラス帯電された１層分の粉末現像トナー３１を静電気付着させてもよい。
【００２３】
粉末現像トナー３１を静電気付着させた搬送部材９は、前述した搬送装置５を介して、造形ステージＢに搬送される。この造形ステージＢには造形テーブル３７が位置し、搬送部材９は、この造形テーブル３７の上に搬送される。この造形テーブル３７は、図示を省略した昇降機構を含んでおり、粉末現像トナー３１を静電気付着させた搬送部材９が搬送される前に、造形テーブル３７は、この昇降機構によって、その位置が１層の厚さ分だけ下げられる。
【００２４】
図１は、立体造形が進んだ状態を示し、既に形成されている造形物３８は、上記と同じ手順で付着、搬送された粉末現像トナー３１を順次溶融固着して積層した積層物であり、ここではプラスに帯電されている。
【００２５】
造形テーブル３７上の造形物３８の上に搬送部材９が搬送されると、搬送部材９の下面に付着しているマイナス帯電の粉末現像トナー３１が、プラスに帯電された造形物３８の上に静電気付着される。
【００２６】
粉末現像トナー３１を造形物３８の上に預け渡した後、搬送部材９は、付着ステージＡを経て、待機ステージＣに戻される。
【００２７】
ついで、造形テーブル３７上の造形物３８の上には熱転写ローラ３９が圧接される。この熱転写ローラ３９は造形物３８の上に圧接した状態で、矢印Ｘの方向に転動される。この熱転写ローラ３９の転動に伴って、粉末現像トナー３１が、造形物３８の上面に溶融固着されて順次積層される。
【００２８】
以上の工程は、順次繰り返され、それに従い、造形テーブル３７は１層の厚さ分だけ順に下げられ、造形物３８はその上にマイナス帯電の１層分の粉末現像トナー３１を順に積層、溶融固着され、それはやがて成長し、ついには三次元ＣＡＤで設計した所望の立体形状を有する物品が得られる。
【００２９】
図２は、別の実施形態を示している。この実施形態では、立体造形に関する断面形状のデータを出力する制御装置４０のほかに、矢印Ｙの方向に回転駆動される感光ドラム（感光体）４１が設けられる。
【００３０】
この感光ドラム４１は、位置ａのクリーニング４２でクリーニングされ、位置ｂの除電部４３で除電され、位置ｃの帯電部４４でドラム表面全域がほぼ均一にプラス帯電される。位置ｄの電荷除去部４５では、均一に帯電された面を、立体造形に関する１層分のデータに基づいて、図示を省略した例えば半導体レーザで露光し、この露光した部分の電荷を除去する。位置ｅの付着部４６では、露光により電荷を除去した部分以外のプラスに帯電されている部分に、マイナス帯電された１層分の造形材料（粉末現像トナー）４７を静電気付着させる。位置ａから位置ｅまでの間は付着ステージを構成している。
【００３１】
マイナス帯電された１層分の粉末現像トナー４７は、感光ドラム４１の回転につれて位置ｆに至る。この位置ｆは造形ステージを構成する。
【００３２】
この位置ｆでは、感光ドラム４１の回転に同期させて、造形テーブル４８を矢印Ｗの方向に移動させ、感光ドラム４１上に付着したマイナス帯電の粉末現像トナー４７を、造形テーブル４８上のプラスに帯電された造形物４９の上に静電気付着させる。この造形テーブル４８は、矢印Ｗの方向に更に移動され、そこでは造形物４９の上に熱転写ローラ５０が圧接される。
【００３３】
この熱転写ローラ５０は造形物４９の上に圧接した状態で転動される。この熱転写ローラ５０の転動に伴って、粉末現像トナー４７が、造形物４９の上面に溶融固着されて順次立体的に積層される。
【００３４】
以上の工程は、順次繰り返され、それに従い、造形テーブル４８は１層の厚さ分だけ順に下げられ、造形物４９はその上にマイナス帯電の１層分の粉末現像トナー４７を順に積層、溶融固着され、それはやがて成長し、ついには立体形状を有する物品が得られる。
【００３５】
この実施形態では、感光ドラム４１を用いたが、これに限定されるものではなく、感光ドラム４１の代わりにプレート状の感光体を用いてもよい。この場合、装置構成は、むしろ図１に示すものに近づくが、図１に示す付着装置３の構成が、図２に示すそれに置き換わる。
【００３６】
以上、造形材料は乾式トナーで説明したが、これに限定されず、水溶性の湿式トナーであってもよいことは明らかである。
【００３７】
図３は別の実施形態を示す。
【００３８】
この実施形態では、図２に示す装置の内、造形テーブル４８を除いた装置のセット１０１〜１０４が、少なくとも４台連接され、単一の造形テーブル５２が各セット１０１〜１０４における造形材料を立体的に順次積層可能に、しかも各セット１０１〜１０４間を矢印Ｗの方向に移動自在に構成されている。
【００３９】
各セット１０１〜１０４の付着装置４６の造形材料はフルカラーの４色（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）のいずれかに着色され、これによれば、以下の手順に従って、フルカラーの立体造形が可能にされている。
【００４０】
なお、説明の便宜上、図２と同一の構成部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。
【００４１】
このシステムはいわゆるフルカラーの立体造形を可能にする。すなわち、４台のセットでは、それぞれ粉末現像トナー４７に異なる着色が施される。例えば、第一のセット１０１の粉末現像トナー４７がシアン（Ｃ）に着色され、第二のセット１０２がマゼンダ（Ｍ）、第三のセット１０３がイエロー（Ｙ）、第四のセット１０４が黒（Ｋ）に着色される。
【００４２】
このシステムでは、単一の制御装置４０からの指令に従い、図２の実施形態と同様に、造形テーブル４８上に造形物４９が順次立体造形される。この過程では、制御装置４０からの指令に、着色に関する指令が含まれる。その結果、例えば第一のセット１０１ではシアン（Ｃ）に着色すべき部分にのみ、シアン（Ｃ）に着色された粉末現像トナー４７が積層され、第二のセット１０２ではマゼンダ（Ｍ）に着色すべき部分にのみ、マゼンダ（Ｍ）に着色された粉末現像トナー４７が積層され、第三のセット１０３ではイエロー（Ｙ）に着色すべき部分にのみ、イエロー（Ｙ）に着色された粉末現像トナー４７が積層され、第四のセット１０４では黒（Ｋ）に着色すべき部分にのみ、黒（Ｋ）に着色された粉末現像トナー４７が積層され、造形物４９はフルカラーで立体造形される。
【００４３】
このフルカラーによる立体造形装置は、図３に示す装置に限定されるものでないことは明らかである。
【００４４】
例えば、第一のセット１０１〜第四のセット１０４を環状に配置し、その中に転写ドラムを配置し、この転写ドラムに第一のセット１０１〜第四のセット１０４の一層分の造形材料をまとめて一時的に転写し、この一層分の造形材料を一度に単一の造形テーブル４８上に積層するようにしてもよい。これによれば、立体造形時の色ずれの問題が解消される。
【００４５】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものでないことは明らかである。
【００４６】
【発明の効果】
これらの発明では、簡単な装置構成により、極めて短時間で所望の立体造形を低コストで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による立体造形装置の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明による立体造形装置の別の実施形態を示す図である。
【図３】本発明による立体造形装置の更に別の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１、４０  制御装置
３  付着装置
５  搬送装置
７  積層装置
９  搬送部材
１１  コントローラ
３１  粉末現像トナー（造形材料）
３３  除電部
３５  帯電部
３６  付着部
３７  造形テーブル
３８  造形物
３９  熱転写ローラ
４１  感光ドラム
４３  除電部
４４  帯電部
４５  電荷除去部
４６  付着部
４７  粉末現像トナー（造形材料）
４８  造形テーブル
４９  造形物
５０  熱転写ローラ
【図１】
0004351329.tif 000002
【図２】
0004351329.tif 000003
【図３】
0004351329.tif 000004