JP2002103894A - シート積層式３次元造形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】３次元立体形状の造形精度を向上させることが
可能で且つ装置の高さが低いシート積層式３次元造形装
置を提供する。 【解決手段】各Ｘ方向フレーム５１ａ，５１ｂの対向す
る側面にそれぞれ各フランジ９１ａ，９１ｂが取付固定
されている。そして、Ｙ方向キャリッジ５２が各Ｘ方向
フレーム５１ａ，５１ｂの間にて各フランジ９１ａ，９
１ｂの上面に差し渡され、各ボール保持器９３ａ，９３
ｂが各フランジ９１ａ，９１ｂの上面に取付固定された
Ｘ方向ガイドレール９２ａ，９２ｂに対して摺動可能に
嵌合されて案内支持されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシート積層式３次元
造形装置に係り、詳しくは、薄い素材シートを積層して
これを所定形状に切断する動作を繰り返すことにより３
次元立体形状を造形するシート積層式３次元造形装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、加熱することにより溶融して
接着力を生じる接着剤が裏面に塗布された素材シート
を、造形テーブル上のそれまでに積層された中間積層体
の上面へ送り込み、その送り込んだ素材シートをヒータ
ローラ（ホットローラ）により加熱すると同時に押圧し
て中間積層体の上面に接着し、その接着した素材シート
をその高さ位置に対応する造形物の輪郭形状（スライス
データ）に沿ってレーザビームにより切断する、という
動作を繰り返すことにより３次元立体形状の造形を行う
シート積層式３次元造形装置（ＬＯＭ：Laminated Obje
ct Manufacturing）が広く使用されている。本出願人
も、このようなシート積層式３次元造形装置を種々提案
している（特開平11−227073号公報、特開平11−227053
号公報、特開平11−198235号公報など）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、シート積層式３
次元造形装置に対して以下の要求がなされている。 シート積層式３次元造形装置のオペレータ（作業者）
の作業性を向上させるため、装置の高さを低くすること
が求められている。 素材シートの切断精度を高めることにより、３次元立
体形状の造形精度を向上させることが求められている。 レーザビームにより素材シートを切断する際には、素
材シートが燃えて煙が発生する。そこで、前記煙を筺体
外へ排出する排気装置が設けられているが、その排気効
率を向上させることが求められている。

【０００４】本発明は上記要求を満足するためになされ
たものであって、その目的は、３次元立体形状の造形精
度を向上させることが可能で且つ装置の高さが低いシー
ト積層式３次元造形装置を提供することにある。また、
本発明の別の目的は、筺体内の空気を容易に排気するこ
とが可能なシート積層式３次元造形装置を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段・作用および発明の効果】
係る目的を達成するためになされた請求項１に記載の発
明は、素材シートをそれまでに積層された中間積層体の
上面へ送り込む素材シート供給手段と、前記素材シート
を前記中間積層体の上面に接着する素材シート接着手段
と、前記素材シートを所定の形状に切断する素材シート
切断手段と、前記素材シートが前記中間積層体の上面へ
送り込まれる第１方向に前記素材シート切断手段を移動
させる第１方向移動手段と、前記第１方向と直交する第
２方向に前記素材シート切断手段を移動させる第２方向
移動手段とを備えたシート積層式３次元造形装置におい
て、前記第１方向移動手段は、前記第１方向に延びる２
本の第１方向フレームを備え、それら２本の第１方向フ
レームは前記素材シートを挟むように配置され、前記第
２方向移動手段は、前記２本の第１方向フレームの間に
配置され、前記第１方向フレームに案内支持され、前記
２本の第１方向フレームの対向する側面にはそれぞれ、
断面Ｌ字状をなすフランジが取付固定され、当該フラン
ジの側面は前記第１方向フレームの側面に取付固定さ
れ、前記第２方向移動手段は前記各フランジの上面に差
し渡され、前記２本の第１方向フレームの下面に前記素
材シート接着手段が案内支持されていることをその要旨
とする。

【０００６】従って、請求項１に記載の発明によれば、
第２方向移動手段が２本の第１方向フレームの上に配置
されている従来の技術に比べて、シート積層式３次元造
形装置の高さを低くすることが可能になり、装置の上方
に手を差し伸ばして作業するオペレータの作業性を向上
させることができる。また、請求項１に記載の発明によ
れば、第２方向移動手段が２本の第１方向フレームの上
に配置されている従来の技術に比べて、素材シート切断
手段と素材シートとの距離を小さくすることが可能にな
るため、素材シートの切断精度を高めて、３次元立体形
状の造形精度を向上させることができる。

【０００７】次に、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載のシート積層式３次元造形装置において、シート
積層式３次元造形装置の筺体内の空気を排気する排気手
段を備えたことをその要旨とする。従って、請求項２に
記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果によ
り、シート積層式３次元造形装置の高さを低くすること
が可能であるため、その装置の筺体の内容積を小さくす
ることができる。ここで、シート積層式３次元造形装置
の筺体の内容積が小さいほど、排気手段により筺体内の
空気を容易に排気することができる。例えば、素材シー
ト切断手段がレーザを用いて素材シートを切断する際に
は、素材シートが燃えて煙が発生する。しかし、請求項
２に記載の発明によれば、排気手段により筺体内の空気
を容易に排気することができることから、前記煙の排気
効率を向上させることが可能になり、筺体内に前記煙が
充満するのを確実に防止して、その装置の誤動作を回避
することができる。

【０００８】尚、上述した［特許請求の範囲］および
［課題を解決するための手段および発明の効果］に記載
した構成要素と、後述する［発明の実施の形態］に記載
した構成部材との対応関係は以下のようになっている。
「素材シート供給手段」は素材シート供給装置２０に該
当する。「素材シート接着手段」は加熱押圧装置３０お
よび移動装置５０から構成される。「素材シート切断手
段」は切断装置４０および移動装置５０から構成され
る。

【０００９】「第１方向移動手段」は、Ｘ方向フレーム
５１ａ，５１ｂ、Ｙ方向キャリッジ５２、プーリ５４
ａ，５４ｂ、駆動ベルト５５、モータ５６、フランジ９
１ａ，９１ｂ、Ｘ方向ガイドレール９２ａ，９２ｂ、ボ
ール保持器９３ａ，９３ｂから構成される。「第１方
向」はシート積層式３次元造形装置１０の水平な左右方
向（Ｘ方向）に該当する。

【００１０】「第２方向移動手段」は、Ｙ方向キャリッ
ジ５２、移動ヘッド５３、プーリ９４ａ，９４ｂ、駆動
ベルト９５、モータ９６から構成される。「第２方向」
はシート積層式３次元造形装置１０の水平な前後方向
（Ｙ方向）に該当する。「第１方向フレーム」はＸ方向
フレーム５１ａ，５１ｂに該当する。「排気手段」は、
筺体の蓋部１０１、排気孔１０２、排気管１０３、排気
装置１０４から構成される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図面と共に説明する。 ［本実施形態の主要構成］図１は、本実施形態のシート
積層式３次元造形装置１０の概略構成を示す斜視図であ
る。図２は、シート積層式３次元造形装置１０の要部平
面図である。図３は、シート積層式３次元造形装置１０
の要部左側面図である。図４〜図８は、シート積層式３
次元造形装置１０の動作状態における概略構成を示す全
体正面図である。

【００１２】シート積層式３次元造形装置１０は、それ
までに積層された中間積層体Ｗの上面に素材シートＰを
送り込む素材シート供給装置２０と、その送り込んだ素
材シートＰを加熱し中間積層体の上面に押圧して接着す
る加熱押圧装置３０と、接着された素材シートＰを所定
形状に切断する切断装置４０と、加熱押圧装置３０およ
び切断装置４０を所定位置に移動させる移動装置５０
と、中間積層体Ｗを昇降させる昇降装置７０と、制御装
置８０とを備えている。

【００１３】制御装置８０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡ
Ｍ，Ｉ／Ｏ回路を有する周知のマイクロコンピュータを
含んで構成され、内蔵ＲＯＭに記録されている制御プロ
グラム（コンピュータプログラム）に従い、各装置２
０，３０，４０，５０，７０の動作を制御する。素材シ
ートＰは良質の紙によって形成され、その裏面にはエチ
レン−酢酸ビニル共重合体のようなホットメルト接着剤
が塗布されている。この接着剤は加熱することにより溶
融し、冷えることにより接着力を生じるものである。
尚、素材シートＰは紙に限らず、合成樹脂（例えば、ポ
リエチレンテレフタレートなど）のフィルムによって形
成してもよい。

【００１４】昇降装置７０は、造形テーブル７１、サド
ル７２、Ｚ方向ガイドレール（Ｚ軸スライド）７３ａ，
７３ｂ、昇降送り螺子７４、昇降モータ７５、リミット
スイッチ７７を備えている。図４〜図８に示すように、
造形テーブル７１はサドル７２上に着脱可能に載置固定
されている。サドル７２の後側は各Ｚ方向ガイドレール
７３ａ，７３ｂに対して摺動可能に嵌合されて案内支持
されている。各Ｚ方向ガイドレール７３ａ，７３ｂは、
造形テーブル７１の左右方向に所定間隔をあけて配置さ
れると共に、鉛直方向（Ｚ方向）に延びるように、シー
ト積層式３次元造形装置１０の後側の機枠（図示略）に
取付固定されている。サドル７２における各Ｚ方向ガイ
ドレール７３ａ，７３ｂの中間部分は、昇降送り螺子７
４に螺子係合されている。昇降送り螺子７４は、機枠に
取付固定された昇降モータ７５のモータ軸と一体化さ
れ、鉛直軸線周りに回転駆動される。そのため、制御装
置８０によって制御される昇降モータ７５により昇降送
り螺子７４が回転駆動されることで、造形テーブル７１
はその上面を水平に保ちながら各Ｚ方向ガイドレール７
３ａ，７３ｂと摺動されて昇降される。

【００１５】図４〜図８に示すように、シート供給装置
２０は、案内ローラ２１ａ，２１ｂ，２５ａ，２５ｂ、
送りローラ２２、モータ２３，２４、供給側ロールＰ
ａ、回収側ロールＰｂを備えている。各Ｚ方向ガイドレ
ール７３ａ，７３ｂの上端部の左右両側にはそれぞれ各
案内ローラ２１ａ，２１ｂが配設されている。案内ロー
ラ２１ａの上方には案内ローラ２１ａと転がり接触する
送りローラ２２が配設されており、送りローラ２２は機
枠に取付固定されたモータ２３によってＹ方向水平軸線
周りに回転駆動される。案内ローラ２１ｂの右側下方に
は回収側ロールＰｂが配設されており、回収側ロールＰ
ｂの下方には供給側ロールＰａが配設されている。各ロ
ールＰａ，Ｐｂは、筒材（図示略）に素材シートＰが巻
回されて円筒形に形成されている。回収側ロールＰｂ
は、機枠に取付固定されたモータ２４によりＹ方向水平
軸線周りに回転駆動される。各Ｚ方向ガイドレール７３
ａ，７３ｂの下端部の左右両側にはそれぞれ各案内ロー
ラ２５ａ，２５ｂが配設されている。各案内ローラ２１
ａ，２１ｂ，２５ａ，２５ｂおよび供給側ロールＰａ
は、Ｙ方向水平軸線周りに回転自在に機枠に支持されて
いる。尚、各モータ２３，２４は制御装置８０によって
制御される。

【００１６】そして、供給側ロールＰａから引き出され
た素材シートＰは、まず、案内ローラ２５ｂを通り、次
に、造形テーブル７１の下方を通り、続いて、案内ロー
ラ２５ａにより鉛直上方向に方向転換され、案内ローラ
２１ａと送りローラ２２の間を通り、案内ローラ２１ａ
により水平な左右方向（Ｘ方向）に方向転換され、次
に、造形テーブル７１の上面の上方を通り、その後、案
内ローラ２１ｂを介して回収側ロールＰｂにより巻き取
られる。

【００１７】図１に示すように、加熱押圧装置３０は、
ヒータローラ（ホットローラ）３１、ヒータカートリッ
ジ３２、温度センサ３４を備えている。ヒータローラ３
１は、略円筒状のステンレススチールからなる。このヒ
ータローラ３１の内部に、円柱状のセラミックスヒータ
からなるヒータカートリッジ３２が挿通されている。
尚、ヒータローラ３１の長さは素材シートＰの幅よりも
長く設定されている。制御装置８０は、ヒータローラ３
１の外周面の温度を検出する温度センサ３４の検出信号
に基づいて、ヒータカートリッジ３２への通電を制御
し、ヒータローラ３１の外周面の温度が所定温度（例え
ば、２８０〜３００℃程度）に保たれるように加熱させ
る。

【００１８】図１，図４〜図８に示すように、切断装置
４０は、レーザ発振器４１、ミラーボックス４２〜４
５、レーザトーチ４６を備えている。レーザ発振器４１
は炭酸ガスレーザのレーザビームＬを生成し、そのレー
ザビームＬは、各ミラーボックス４２〜４５に内蔵され
たミラー（図示略）により反射されてレーザトーチ４６
から下向きに照射され、中間積層体Ｗの上面に接着され
た素材シートＰを切断する。このとき、制御装置８０
は、１枚分の厚さよりわずかに大きい深さまで素材シー
トＰを切断するように、レーザ発振器４１を制御してレ
ーザビームＬの出力を調整する。

【００１９】移動装置５０は、Ｘ方向フレーム５１ａ，
５１ｂ、Ｙ方向キャリッジ５２、移動ヘッド５３、プー
リ５４ａ，５４ｂ，５８ａ，５８ｂ，９４ａ，９４ｂ、
駆動ベルト５５，５９，９５、モータ５６，６０，９
６、ヒータスライド（ヒータ移動台）５７、フランジ９
１ａ，９１ｂ、Ｘ方向ガイドレール９２ａ，９２ｂ，９
７ａ，９７ｂ、ボール保持器９３ａ，９３ｂを備えてい
る。図２および図３に示すように、四角筒状の長尺物で
ある各Ｘ方向フレーム５１ａ，５１ｂは、シート積層式
３次元造形装置１０の水平な前後方向（Ｙ方向）に所定
間隔をあけて素材シートＰを挟むように配置されると共
に、水平な左右方向（Ｘ方向）に延びるように、シート
積層式３次元造形装置１０の前側および後側の機枠（図
示略）にそれぞれ取付固定されている。尚、Ｘ方向とＹ
方向とは直交している。

【００２０】各Ｘ方向フレーム５１ａ，５１ｂの対向す
る側面にはそれぞれ各フランジ９１ａ，９１ｂが取付固
定されている。各フランジ９１ａ，９１ｂは断面Ｌ字状
をなし、その側面はそれぞれ各Ｘ方向フレーム５１ａ，
５１ｂの側面に取付固定され、その上面にはそれぞれ各
Ｘ方向ガイドレール９２ａ，９２ｂが取付固定されてい
る。細長板状のＹ方向キャリッジ５２は、各Ｘ方向フレ
ーム５１ａ，５１ｂの間にて各Ｘ方向フレーム５１ａ，
５１ｂと直交して水平な前後方向（Ｙ方向）に延びるよ
うに、各フランジ９１ａ，９１ｂの上面に差し渡されて
いる。Ｙ方向キャリッジ５２の長手方向（Ｙ方向）の両
端部下面にはそれぞれ各ボール保持器９３ａ，９３ｂが
取付固定されている。そして、Ｙ方向キャリッジ５２
は、各Ｘ方向ガイドレール９２ａ，９２ｂに対して、そ
れぞれ各ボール保持器９３ａ，９３ｂが摺動可能に嵌合
されて案内支持されている。

【００２１】Ｙ方向キャリッジ５２の後側端部の上側に
は、ミラーボックス４４が取付固定されている。Ｙ方向
キャリッジ５２の上側には、ミラーボックス４５および
レーザトーチ４６が設けられた移動ヘッド５３が配置さ
れている。尚、ミラーボックス４５にはミラー４５ａが
内蔵され、レーザトーチ４６には集光レンズ４６ａが内
蔵されている。

【００２２】Ｙ方向キャリッジ５２の前後両端部にはそ
れぞれ各プーリ９４ａ，９４ｂが取付固定され、各プー
リ９４ａ，９４ｂ間には駆動ベルト９５が掛けられ、駆
動ベルト９５には移動ヘッド５３が取付固定されてい
る。プーリ９４ｂはＸ方向水平軸線周りに回転自在にＹ
方向キャリッジ５２に支持されている。また、プーリ９
４ａは、Ｙ方向キャリッジ５２に取付固定されたモータ
９６によってＸ方向水平軸線周りに回転駆動される。そ
のため、制御装置８０によって制御されるモータ９６に
よりプーリ９４ａが回転駆動されると、それに連動して
駆動ベルト９５が移動すると共にプーリ９４ｂが回転さ
れ、その駆動ベルト９５の移動に伴い、移動ヘッド５３
はＹ方向キャリッジ５２の長手方向（Ｙ方向）に沿って
往復平行移動される。

【００２３】図３，図４〜図８に示すように、各Ｘ方向
フレーム５１ａ，５１ｂの左右両端部にはそれぞれ各プ
ーリ５４ａ，５４ｂが取付固定され、各プーリ５４ａ，
５４ｂ間には駆動ベルト５５が掛けられ、駆動ベルト５
５にはＹ方向キャリッジ５２が取付固定されている。プ
ーリ５４ｂはＹ方向水平軸線周りに回転自在に機枠に支
持されている。また、プーリ５４ａは、機枠に取付固定
されたモータ５６によってＹ方向水平軸線周りに回転駆
動される。そのため、制御装置８０によって制御される
モータ５６によりプーリ５４ａが回転駆動されると、そ
れに連動して駆動ベルト５５が移動すると共にプーリ５
４ｂが回転され、その駆動ベルト５５の移動に伴い、Ｙ
方向キャリッジ５２は各Ｘ方向フレーム５１ａ，５１ｂ
の長手方向（Ｘ方向）に沿って往復平行移動される。こ
れにより、移動ヘッド５３に設けられたレーザトーチ４
６は、中間積層体Ｗを支持する造形テーブル７１に対し
てＸ方向およびＹ方向に移動され、その軌跡は制御装置
８０によって３次元ＣＡＤデータを基に制御される。つ
まり、レーザトーチ４６から素材シートＰに照射される
レーザビームＬの軌跡は、制御装置８０によって３次元
ＣＡＤデータを基に制御される。

【００２４】図２に示すように、細長板状のヒータスラ
イド５７は、各Ｘ方向フレーム５１ａ，５１ｂの下側に
て各Ｘ方向フレーム５１ａ，５１ｂと直交して水平な前
後方向（Ｙ方向）に延びるように差し渡され、各Ｘ方向
フレーム５１ａ，５１ｂの下面に取付固定されたＸ方向
ガイドレール９７ａ，９７ｂ（図３参照）に対して摺動
可能に嵌合されて案内支持されている。図４〜図８に示
すように、ヒータスライド５７の下面には、その長手方
向に沿って、ヒータローラ３１がＹ方向水平軸線周りに
回転自在で且つ多少上下動可能に支持されている。

【００２５】図４〜図８に示すように、各Ｘ方向フレー
ム５１ａ，５１ｂの左右両端部にはそれぞれ各プーリ５
８ａ，５８ｂが取付固定され、各プーリ５８ａ，５８ｂ
間には駆動ベルト５９が掛けられ、駆動ベルト５９には
ヒータスライド５７が取付固定されている。プーリ５８
ｂはＹ方向水平軸線周りに回転自在に機枠に支持されて
いる。また、プーリ５８ａは、機枠に取付固定されたモ
ータ６０によってＹ方向水平軸線周りに回転駆動され
る。そのため、制御装置８０によって制御されるモータ
６０によりプーリ５８ａが回転駆動されると、それに連
動して駆動ベルト５９が移動すると共にプーリ５８ｂが
回転され、その駆動ベルト５９の移動に伴い、ヒータス
ライド５７は各Ｘ方向フレーム５１ａ，５１ｂの長手方
向（Ｘ方向）に沿って往復平行移動される。これによ
り、ヒータスライド５７に支持されて外周面が加熱され
たヒータローラ３１は、ヒータスライド５７の移動に伴
い、それまでに積層された中間積層体Ｗの上面に送り込
まれた素材シートＰの上を転動し、素材シートＰを加熱
すると同時に、ヒータローラ３１の自重で中間積層体Ｗ
の上面に素材シートＰを押圧して接着させる。

【００２６】図２，図４〜図８に示すように、ヒータス
ライド５７の長手方向略中央部の下面にはリミットスイ
ッチ７７が設けられている。このリミットスイッチ７７
は、造形テーブル７１と共に上昇する中間積層体Ｗおよ
び素材シートＰの上面が所定の高さに達すると、素材シ
ートＰに当接して作動する。制御装置８０は、リミット
スイッチ７７の作動に基づいて昇降モータ７５の回転を
停止させることにより、中間積層体Ｗに素材シートＰを
乗せた高さが、ヒータローラ３１の下面より若干高い位
置になった時点で、造形テーブル７１の上昇を停止させ
る。尚、この造形テーブル７１の停止位置は、リミット
スイッチ７７の作動する位置を変更することにより、任
意に設定することができる。

【００２７】図３に示すように、シート積層式３次元造
形装置１０の上部は筺体の蓋部１０１にて覆われて密閉
され、その筺体の蓋部１０１の中央部には排気孔１０２
が開孔されている。ここで、筺体の蓋部１０１の中央部
は造形テーブル７１の中央部の直上に位置するため、排
気孔１０２も造形テーブル７１の中央部の直上（つま
り、中間積層体Ｗの直上）に位置する。排気孔１０２は
排気管１０３に接続され、排気管１０３にはファンを用
いた排気装置１０４（図示略）が接続されている。

【００２８】［本実施形態の動作］次に、本実施形態の
動作について説明する。図９は、三次元立体形状（造形
物）の造形サイクルを説明するための説明図である。図
１０は、造形中の中間積層体Ｍの切断箇所（切断線）で
ある各線Ｍ１〜Ｍ４を示す平面図である。図１１は、造
形中の中間積層体Ｍの断面図である。まず、シート積層
式３次元造形装置１０のオペレータは、３次元立体形状
の造形に先立ち、図４に示すように下降させた造形テー
ブル７１の上面に、作成する造形物の基部となる素材シ
ートＰＢを両面粘着テープＢＴを用いて接着し（図１１
参照）、その後に制御装置８０を起動させる。尚、素材
シートＰＢは素材シートＰを所定寸法形状に切り取った
ものである。

【００２９】制御装置８０が起動すると、内蔵ＲＯＭに
記録されている制御プログラムに従い、コンピュータに
よる各種演算処理によって、以下の処理動作を実行す
る。尚、前記制御プログラムをコンピュータで読み取り
可能な記録媒体（半導体メモリ（メモリスティックな
ど），ハードディスク，フロッピー（登録商標）ディス
ク，データカード（ＩＣカード，磁気カードなど），光
ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＤＶ
Ｄなど），光磁気ディスク（ＭＤなど），相変化ディス
ク，磁気テープなど）に記録しておき、当該プログラム
を必要に応じて制御装置８０にロードして起動すること
により用いるようにしてもよい。

【００３０】まず、制御装置８０は、図５に示すよう
に、モータ６０を作動させることにより、リミットスイ
ッチ７７が素材シートＰＢにかかるようにヒータスライ
ド５７を左方向に移動させ、その状態で昇降モータ７５
を作動させることにより造形テーブル７１を上昇させ、
リミットスイッチ７７が素材シートＰＢの上面と当接し
た時点で造形テーブル７１の上昇を停止させる。そし
て、制御装置８０は、モータ６０を作動させることによ
り、ヒータスライド５７を図４に示す基準位置まで右方
向に移動させる。

【００３１】次に、制御装置８０は、切断装置４０を動
作させ、図１０および図１１に示すように、素材シート
ＰＢに対してレーザトーチ４６からレーザビームＬを照
射させることにより、素材シートＰＢを中間積層体Ｗの
最も外側となる四角い外輪郭線Ｍ１に沿って切断させ
る。その後、制御装置８０は、モータ５６を作動させる
ことにより、移動ヘッド５３を図４に示す基準位置まで
右方向に移動させる。そして、制御装置８０は、造形テ
ーブル７１を下降させることにより、素材シートＰＢに
おける外輪郭線Ｍ１の外側の部分を造形テーブル７１の
上面から剥がして除去させる。尚、素材シートＰＢを外
輪郭線Ｍ１に沿って切断させるのではなく、後述する内
輪郭線Ｍ２または造形輪郭線Ｍ３および分割線Ｍ４に沿
って切断させるようにしてもよい。

【００３２】続いて、オペレータは、供給側ロールＰａ
から引き出した素材シートＰを各案内ローラ２１ｂ，２
１ａ，２５ａ，２５ｂの間に渡し、その素材シートＰの
先端部を回収ロールＰｂに巻回し、その後に制御装置８
０を動作させる。すると、制御装置８０は、各モータ２
３、２４により素材シートＰを軽く緊張させ、各部材を
図４および図９（Ａ）に示す状態にさせる。次に、制御
装置８０は、モータ６０を作動させることによりヒータ
スライド５７を左方向に移動させ、図５に示すように、
リミットスイッチ７７だけが中間積層体Ｗにかかる位置
で停止させる。そして、制御装置８０は、昇降モータ７
５を作動させて造形テーブル７１を上昇させ、中間積層
体Ｗ（第１回目の上昇の場合は造形物の基部となる素材
シートＰＢ）の上面が素材シートＰの下面に当接してこ
れをわずかに押し上げ、リミットスイッチ７７が素材シ
ートＰの上面と当接した時点で、造形テーブル７１の上
昇を停止させると共に、この造形テーブル７１の停止位
置を内蔵ＲＡＭに記憶させる。

【００３３】続いて、制御装置８０は、図６に示すよう
に、モータ６０を作動させることによりヒータスライド
５７を左右方向（Ｘ方向）に往復移動させ、図９（Ｂ）
に示すように、所定温度に加熱させたヒータローラ３１
を中間積層体Ｗ（第１回目の作動の場合は造形物の基部
となる素材シートＰＢ）の上面に当接された素材シート
Ｐに押圧させながら往復転動させる。すると、素材シー
トＰが加熱されて裏面のホットメルト接着剤が溶融され
ると同時に、その素材シートＰの裏面が中間積層体Ｗ
（または素材シートＰＢ）の上面に押圧されて接着され
る。次に、制御装置８０は、モータ６０を作動させるこ
とにより、ヒータスライド５７を図７に示す基準位置ま
で右方向に移動させる。そして、制御装置８０は、図
１，図７，図９（Ｃ），図１０，図１１に示すように、
切断装置４０を動作させ、それまでに積層された中間積
層体Ｗ（第１回目の作動の場合は造形物の基部となる素
材シートＰＢ）の上面に新たに接着された素材シートＰ
に対してレーザビームＬを照射させることにより、素材
シートＰを切断させる。

【００３４】続いて、制御装置８０は、モータ５６を作
動させることにより、移動ヘッド５３を図８に示す基準
位置まで右方向に移動させる。その後、制御装置８０
は、昇降モータ７５を作動させることにより、造形テー
ブル７１を図４に示す位置まで下降させる。そして、制
御装置８０は、３次元立体形状の造形が完了したかどう
かを判断し、造形が完了していなければ各モータ２３，
２４を作動させて素材シートＰの切り抜かれた部分を回
収側ロールＰｂの方へ送らせ、供給側ロールＰａから新
たに素材シートＰを引き出させて中間積層体Ｗの上面へ
送り込ませる。

【００３５】以上の動作が繰り返されることにより、中
間積層体Ｗは次第に厚くなり、造形物の基部となる素材
シートＰＢにおける造形テーブル７１の停止位置と、今
回接着した素材シートＰにおける造形テーブル７１の停
止位置との差により与えられる高さが次第に増大する。
そして、制御装置８０は、この停止位置の差により与え
られる高さと完成した状態の造形物の高さとの差が、素
材シートＰの厚さよりも小さくなったことをもって３次
元立体形状の造形が完了したことを判断し、各装置２
０，３０，４０，５０，７０の動作を停止させる。その
後、オペレータは、素材シートＰＢの下面に接着されて
いる両面粘着テープＢＴにヘラ（図示略）を差し込み、
両面粘着テープＢＴを造形テーブル７１から引き剥がす
ことにより、造形テーブル７１から完成した造形物を取
り外す。

【００３６】尚、図１１に示すように、レーザトーチ４
６から照射されたレーザビームＬにより素材シートＰが
切断される際には、造形輪郭線Ｍ３→分割線Ｍ４→内輪
郭線Ｍ２→外輪郭線Ｍ１の順で切断される。制御装置８
０は、造形物の基部となる素材シートＰＢにおける造形
テーブル７１の停止位置と今回接着した素材シートＰに
おける造形テーブル７１の停止位置との差により与えら
れる高さ位置に対応する造形物の輪郭形状（スライスデ
ータ）を演算し、レーザビームＬの径よりも多少大きい
幅を有する造形輪郭線Ｍ３の内縁がこのスライスデータ
と一致するように、レーザトーチ４６（移動ヘッド５
３）をＸ方向およびＹ方向に移動させる。ここで、外輪
郭線Ｍ１，内輪郭線Ｍ２，分割線Ｍ４の軌跡は、中間積
層体Ｗの全ての層について同一であり、中間積層体Ｗを
形成する各層の素材シートＰの造形輪郭線Ｍ３は上下方
向に連続したものとなる。

【００３７】［本実施形態の作用・効果］以上詳述した
ように、本実施形態においては、各Ｘ方向フレーム５１
ａ，５１ｂの対向する側面にそれぞれ各フランジ９１
ａ，９１ｂが取付固定されている。そして、Ｙ方向キャ
リッジ５２が各Ｘ方向フレーム５１ａ，５１ｂの間にて
各フランジ９１ａ，９１ｂの上面に差し渡され、各ボー
ル保持器９３ａ，９３ｂが各フランジ９１ａ，９１ｂの
上面に取付固定されたＸ方向ガイドレール９２ａ，９２
ｂに対して摺動可能に嵌合されて案内支持されている。

【００３８】図１２は、従来のシート積層式３次元造形
装置の要部左側面図である。尚、図１２において、図３
に示す本実施形態と同じ構成部材については符合を等し
くしてある。図１２に示す従来の形態において、図３に
示す本実施形態と異なるのは、Ｙ方向キャリッジ５２の
各ボール保持器９３ａ，９３ｂが、各Ｘ方向フレーム５
１ａ，５１ｂの上面に取付固定されたＸ方向ガイドレー
ル９２ａ，９２ｂに対して摺動可能に嵌合されて案内支
持されている点である。つまり、図１２に示す従来の形
態では、本実施形態における各フランジ９１ａ，９１ｂ
が設けられておらず、各Ｘ方向フレーム５１ａ，５１ｂ
の上面に対して、各Ｘ方向ガイドレール９２ａ，９２ｂ
が直接取付固定されている。そのため、図１２に示す従
来の形態では、各Ｘ方向フレーム５１ａ，５１ｂの上方
から、Ｙ方向キャリッジ５２およびＹ方向キャリッジ５
２に取り付けられた各部材（移動ヘッド５３、ミラーボ
ックス４４、プーリ９４ａ，９４ｂ、駆動ベルト９５、
モータ９６）が突出することになる。

【００３９】それに対して、図３に示す本実施形態で
は、各Ｘ方向フレーム５１ａ，５１ｂの上方からＹ方向
キャリッジ５２が突出することはなく、各Ｘ方向フレー
ム５１ａ，５１ｂの上方からはＹ方向キャリッジ５２に
取り付けられた前記各部材が僅かに突出するだけであ
る。

【００４０】従って、本実施形態によれば、以下の作用
・効果を得ることができる。 ［１］本実施形態によれば、各Ｘ方向フレーム５１ａ，
５１ｂとして四角筒状の長尺物を用いたため、ヒータロ
ーラ３１と中間積層体Ｗとの間に働く反力によるたわみ
が少なくなり、素材シートＰを中間積層体Ｗにしっかり
と接着させることができる。しかも、各Ｘ方向フレーム
５１ａ，５１ｂの厚さ内に切断装置４０および移動装置
５０を収納したため、従来の形態に比べて、シート積層
式３次元造形装置１０の高さを低くすることが可能にな
り、装置１０の小型化は勿論のこと、装置１０の上方に
手を差し伸ばして作業するオペレータの作業性を向上さ
せることができる。尚、切断装置４０として、上記のよ
うなレーザに代えて、超音波カッタを用いる場合にも、
超音波カッタが設けられる移動ヘッド５３の高さを低く
することにより、シート積層式３次元造形装置１０の高
さを低くすることが可能になることから、装置１０の上
方に手を差し伸ばして作業するオペレータの作業性を向
上させることができる。

【００４１】［２］造形テーブル７１（素材シートＰ
Ｂ，Ｐ）の上面からミラーボックス４５に内蔵されたミ
ラー４５ａの中心部までの高さは、図３に示す本実施形
態では高さｈ１になり、図１２に示す従来の形態では高
さｈ２になる。ミラー４５ａが設けられた移動ヘッド５
３の高さは、従来の形態に比べて本実施形態の方が低い
位置にあるため、その移動ヘッド５３の高さの差分だ
け、前記高さｈ１は前記高さｈ２よりも小さくなる（ｈ
１＜ｈ２）。

【００４２】図１３は、移動ヘッド５３の移動に伴うぶ
れにより、ミラー４５ａによって反射されたレーザビー
ムＬの光軸がずれた場合を示す説明図である。ミラー４
５ａによって反射されたレーザビームＬは、レーザトー
チ４６に内蔵された集光レンズ４６ａによって集光さ
れ、素材シートＰＢ，Ｐの上面に照射される。ここで、
造形テーブル７１（素材シートＰＢ，Ｐ）の上面におけ
るレーザビームＬの照射点の位置ズレ（ミラー４６ａの
中心部から鉛直下向きに位置する原点Ｏからの距離）
は、前記高さｈ１の場合は距離ｍ１となり、前記高さｈ
２の場合は距離ｍ１となり、距離ｍ１は距離ｍ２よりも
小さくなる（ｍ１＜ｍ２）。

【００４３】従って、本実施形態によれば、従来の形態
に比べて、レーザビームＬの照射点の位置ズレを小さく
することが可能になることから、レーザビームＬによる
素材シートＰＢ，Ｐの切断精度を高めて、３次元立体形
状の造形精度を向上させることができる。尚、切断装置
４０として、上記のようなレーザに代えて、超音波カッ
タを用いる場合にも、超音波カッタが設けられる移動ヘ
ッド５３の高さを低くすることにより、超音波の照射点
の位置ズレを小さくすることが可能になることから、超
音波による素材シートＰＢ，Ｐの切断精度を高めて、３
次元立体形状の造形精度を向上させることができる。

【００４４】［３］レーザビームＬにより素材シートＰ
Ｂ，Ｐを切断する際には、素材シートＰ，ＰＢが燃えて
煙が発生するが、その煙がシート積層式３次元造形装置
１０の筺体内に充満すると、装置１０の誤動作を招くお
それがある。そこで、前記煙を排気孔１０２から排気管
１０３を通じて排気装置１０４により吸引し、前記煙を
装置１０の筺体外へ排出するようにしている。ここで、
造形テーブル７１（素材シートＰＢ，Ｐ）から筺体の蓋
部１０１に開孔された排気孔１０２までの高さは、図３
に示す本実施形態では高さＨ１になり、図１２に示す従
来の形態では高さＨ２になる。筺体の蓋部１０１はシー
ト積層式３次元造形装置１０の上部を覆うため、上記
［１］よりシート積層式３次元造形装置１０の高さを低
くすることが可能な本実施形態では、排気孔１０２の高
さを従来の形態に比べて低い位置にすることができる。
そのため、その排気孔１０２の高さの差分だけ、前記高
さＨ１は前記高さＨ２よりも小さくなる（Ｈ１＜Ｈ
２）。ここで、前記煙の発生箇所（素材シートＰＢ，Ｐ
の上面）に対して排気孔１０２の距離が近いほど排気装
置１０４による吸引力が増し、排気孔１０２から効率的
に前記煙が吸引される。

【００４５】従って、本実施形態によれば、従来の形態
に比べて、前記煙の排気効率を向上させることが可能に
なり、シート積層式３次元造形装置１０の筺体内に前記
煙が充満するのを確実に防止して、装置１０の誤動作を
回避することができる。また、吸引力が弱い安価な排気
装置１０４を用いても十分な排気効率が得られることか
ら、シート積層式３次元造形装置１０のコストダウンを
図ることができる。

【００４６】［他の実施形態］尚、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、以下のように変更しても
よく、その場合でも、上記実施形態と同等もしくはそれ
以上の作用・効果を得ることができる。 （１）上記実施形態では素材シートＰを接着した後にレ
ーザビームＬにより切断しているが、素材シートＰをレ
ーザビームＬにより切断した後に接着するようにしても
よい。 （２）上記実施形態では、移動装置５０としてプーリ５
４ａ，５４ｂ，５８ａ，５８ｂ，９４ａ，９４ｂと駆動
ベルト５５，５９，９５を用いた機構を採用したが、本
出願人の既出願の公報（特開平11−227053号公報、特開
平11−198235号公報）に開示されるように、送り螺子を
用いた機構を採用してもよい

【００４７】（３）上記実施形態では、加熱することに
より溶融して接着力を生じる接着剤が塗布された素材シ
ートＰを用いたが、加圧するだけで接着力を生じる接着
剤が塗布された素材シートＰを用いるようにしてもよ
い。 また、特開平11−235762号公報に開示されるように、素
材シートＰ間に静電転写により接着剤を供給して接着剤
層を介在させ、この接着剤層を介して素材シートＰ間を
接着するようにしてもよい。そして、特開平6−190929
号公報に開示されるように、光硬化型接着剤が塗布され
た素材シートＰを用い、光を照射して光硬化型接着剤を
硬化させることで素材シートＰを接着するようにしても
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施形態のシート積層式
３次元造形装置の概略構成を示す斜視図。

【図２】一実施形態のシート積層式３次元造形装置の要
部平面図。

【図３】一実施形態のシート積層式３次元造形装置の要
部左側面図。

【図４】一実施形態のシート積層式３次元造形装置の動
作状態における概略構成を示す全体正面図。

【図５】一実施形態のシート積層式３次元造形装置の動
作状態における概略構成を示す全体正面図。

【図６】一実施形態のシート積層式３次元造形装置の動
作状態における概略構成を示す全体正面図。

【図７】一実施形態のシート積層式３次元造形装置の動
作状態における概略構成を示す全体正面図。

【図８】一実施形態のシート積層式３次元造形装置の動
作状態における概略構成を示す全体正面図。

【図９】一実施形態における三次元立体形状の造形サイ
クルを説明するための説明図。

【図１０】一実施形態における造形中の中間積層体の切
断箇所を示す平面図。

【図１１】一実施形態における造形中の中間積層体の断
面図。

【図１２】従来のシート積層式３次元造形装置の要部左
側面図。

【図１３】一実施形態の作用を説明するための説明図。

【符号の説明】

１０…シート積層式３次元造形装置 ２０…素材シート供給装置 ３０…加熱押圧装置 ３１…ヒータローラ ４０…切断装置 ５０…移動装置 ７０…昇降装置 Ｐ…素材シート Ｗ…中間積層体 ５１ａ，５１ｂ…Ｘ方向フレーム ５２…Ｙ方向キャリッジ ５４ａ，５４ｂ，９４ａ，９４ｂ…プーリ ５５，９５…駆動ベルト ５６，９６…モータ ９１ａ，９１ｂ…フランジ ９２ａ，９２ｂ…Ｘ方向ガイドレール ９３ａ，９３ｂ…ボール保持器 １０１…筺体の蓋部 １０２…排気孔 １０３…排気管 １０４…排気装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素材シートをそれまでに積層された中間
   積層体の上面へ送り込む素材シート供給手段と、 前記素材シートを前記中間積層体の上面に接着する素材
   シート接着手段と、 前記素材シートを所定の形状に切断する素材シート切断
   手段と、 前記素材シートが前記中間積層体の上面へ送り込まれる
   第１方向に前記素材シート切断手段を移動させる第１方
   向移動手段と、 前記第１方向と直交する第２方向に前記素材シート切断
   手段を移動させる第２方向移動手段とを備えたシート積
   層式３次元造形装置において、 前記第１方向移動手段は、前記第１方向に延びる２本の
   第１方向フレームを備え、それら２本の第１方向フレー
   ムは前記素材シートを挟むように配置され、 前記第２方向移動手段は、前記２本の第１方向フレーム
   の間に配置され、前記第１方向フレームに案内支持さ
   れ、 前記２本の第１方向フレームの対向する側面にはそれぞ
   れ、断面Ｌ字状をなすフランジが取付固定され、当該フ
   ランジの側面は前記第１方向フレームの側面に取付固定
   され、 前記第２方向移動手段は前記各フランジの上面に差し渡
   され、前記２本の第１方向フレームの下面に前記素材シ
   ート接着手段が案内支持されていることを特徴とするシ
   ート積層式３次元造形装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のシート積層式３次元造
   形装置において、 シート積層式３次元造形装置の筺体内の空気を排気する
   排気手段を備えたことを特徴とするシート積層式３次元
   造形装置。