JP2003053849A - 積層造形装置及び積層造形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 三次元物体造形装置において造形装置の大型
化、低生産性、低精度、使用樹脂の限定といった欠点を
除いた積層造形装置及び方法を提供する。 【解決手段】 三次元物体を最下層から最上層まで、そ
のスライス断面を物体断面と保持部断面とを反転像の関
係にした断面データーから、電子写真方式を利用し物体
断面と保持部断面を軟化温度の異なる樹脂粉体で現像
し、その断面像を積層する事により立体を得、その後保
持部を加熱溶融除去し短時間で高精度の目的の三次元物
体を得る事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元物体の任意
のスライス断面を２次元平面データーに展開したデータ
ーから、その断面形状に形成した粉体を、積層して３次
元物体を形成する造形方法及びそれに用いる装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年３次元物体の積層造形法は製品開発
段階の試作サンプル等の製作方法として急速に普及して
きており、積層造形法として下記のような様々な方法が
提案されている。

【０００３】具体的には、光造形法のように、液状のエ
ネルギー線硬化樹脂を満たした槽の液表面に３次元物体
の断面形状に従いレーザービームを走査し、液表面の樹
脂を硬化させ、液をつぎ足しながら深さ方向の断面につ
いて順次走査を繰り返すことにより、硬化した樹脂の３
次元物体像を得る造形方法がある。

【０００４】又、例えば特開平８−２８１８０８「立体
形状の製造方法」は電子写真方式を利用し感光ドラム上
に粒径の小さい粉体で３次元物体の雌型となる部分のパ
タン断面を現像し、中間転写体に転写後、ステージ上面
に薄く層状に敷き詰めた粒径の大きな熱可塑性樹脂粉体
上に、その転写された雌型となる粉体像を加熱圧着プレ
ートにより加熱圧着させる事により、小粒径と大粒径の
粉体より成る３次元物体の雌型と大粒径粉体より成るそ
れ以外の部分の３次元物体像の断面粉体像を形成し、こ
れを深さ方向の断面について順次繰り返し行い積層する
ことにより３次元物体を形成し、次に小粒径と大粒径粉
体より成る雌型部分を加熱溶融することにより除去し、
目的の３次元物体像を得る造形方法を提案している。

【０００５】又、例えば特開平６−５５６４２「３次元
物体形成方法及び３次元物体形成システム」は電子写真
方式を利用し３次元物体の雌型となる断面形状のマスク
を作成し、塗布した光硬化型樹脂にそのマスクを通し紫
外線を照射し雌型部を硬化させ、未露光部の未硬化部分
を除去後、除去した凹部分に熱硬化樹脂を塗布し加熱す
ることにより硬化させ、３次元物体部とその雌型部の断
面よりなる断面樹脂像を形成する、これを深さ方向の断
面について順次繰り返し行い、積層することにより３次
元物体を形成し、次にその後加熱することにより光硬化
性樹脂より成る３次元物体の雌型部を溶融除去し、熱硬
化性樹脂よりなる目的の３次元物体を得る造形方法を提
案している。

【０００６】又、例えば特開平１０−２０７１９４「積
層造形方法及び積層造形装置」は電子写真方式で３次元
物体の２次元断面粉体像を形成し、中間転写材に転写後
をヒートローラーで加熱・加圧する事により板状の３次
元物体断面像を得、この板状になった粉体像を加熱・加
圧してステージ上に順次積層する事により３次元物体を
得る造形方法、また複数の粉体層形成転写部を設け粉体
像を中間転写体に連続的に転写させるようにした、積層
造形装置が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、「光造形方
法」はエネルギー線硬化樹脂しか使えず材料選択幅が
限られてしまう、又、樹脂硬化時に収縮が起き寸法精度
が悪い、大出力のレーザーが必要なため光源の寿命が
短い、つぎ足した液面が安定するまで時間が掛かる、
と言った欠点がある。

【０００８】「立体形状の製造方法」は大粒径の熱可
塑性粉体をステージ上に均一に敷き詰めなければならず
生産性が低くなると同時に、除去した粉体の厚さの均一
性が直接深さ方向の精度に影響するため厚さの制御が難
しく寸法精度が出しにくい、大粒径の粉体しかない３
次元物体部と大粒径の粉体と小粒径の粉体が混ざってい
る雌型部分では両者の厚さが異なるため特に左右非対称
な形状の３次元物体の場合厚さの薄い３次元物体部分の
温度や圧力が下がり精度が安定しない、粉体積層後の
小粒径の粉体より成る雌型部分は物理的に除去せねばな
らず３次元物体表面に傷が付きやすい、又細密部が欠損
しやすい、と言った欠点がある。

【０００９】又、「３次元物体形成方法及び３次元物体
形成システム」は、液状の光硬化性樹脂及び熱硬化性
樹脂の塗布、更に光硬化性樹脂の露光と硬化及び未硬化
部分の除去等、時間が掛かる工程数が多く生産性が低
い、露光後未硬化部分の除去を行なわねばならず、樹
脂を除去する時に細部を破壊してしまう等精度が出しに
くい、と言った欠点がある。

【００１０】又、「積層造形方法及び積層造形装置」
は、中間転写体に転写後一旦一定間隙のヒートローラ
ーで加熱して粉体像を板状にした後、更にヒーターとス
テージ間に挟み転写定着と同時に積層を行っているの
で、この方法ではヒートローラーで一定厚さにした板状
粉体の厚さをステージで再加熱して積層するときに、変
形せずにその厚さを均一に維持することは特に熱可塑性
樹脂を使用した場合困難になりやすく、材料の選定範囲
が狭まると共にヒーターの温度調整幅が狭くならざるを
得ない、板状になった断面画像を中間搬送体で剥離す
ることなく搬送する事とステージでの確実な転写とはト
レードオフとなり剥離、欠損等を招きやすい、３次元
物体のみしか形成しないため、特に前後左右不均等な形
状の３次元物体の場合、積層時にヒーターが板状粉体の
全面に均一には当たりにくく、均一な精度の高い３次元
物体の作成が困難といった欠点がある。

【００１１】本発明は従来技術の上記問題点を解決する
ことを目的になされたもので、寸法精度、強度を下げず
に速いスピードで広い範囲の樹脂材料が使える３次元物
体の造形を行う手段及び方法を提供する事を目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は下記
の各構成要素により達成される。

【００１３】請求項１に係る積層造形装置は、電子写真
方式を利用した帯電性粉体を材料とする３次元物体を造
形する積層造形装置において、前記３次元物体の断面形
状に基づく静電潜像を感光体の表面に形成する物体断面
潜像形成手段と、前記物体断面潜像を現像する物体断面
現像手段と、前記３次元物体の形状を保証するための保
持部材の断面形状に基づく静電潜像を感光体表面に形成
する保持部断面潜像形成手段と、前記保持部断面潜像を
現像する保持部断面現像手段、及び、前記物体断面現像
手段と保持部断面現像手段で現像された物体現像像と保
持部現像像を一括又は個別に中間転写体に転写する中間
転写手段、及び、前記中間転写体に転写された前記物体
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とを特徴とす
る。

【００１４】又、請求項１０に係る積層造形方法は、電
子写真方式を利用した帯電性粉体を材料とする３次元物
体を造形する積層造形方法において、前記３次元物体の
断面形状に基づく静電潜像を感光体の表面に形成する物
体断面潜像形成工程と、前記物体断面潜像を現像する物
体断面現像工程と、前記３次元物体の形状を保証するた
めの保持部材の断面形状に基づく静電潜像を感光体表面
に形成する保持部断面潜像形成工程と、前記保持部断面
潜像を現像する保持部断面現像工程、及び、前記物体断
面現像工程と保持部断面現像工程で現像された物体現像
像と保持部現像像を一括又は個別に中間転写体に転写す
る中間転写工程、及び、前記中間転写体に転写された前
記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・定着工程を含むことを特徴と
する。

【００１５】なお、本発明において３次元物体の保持と
は、３次元物体を静置し加圧した時、形態を保証するた
めに３次元物体の周辺領域に支持体を配設し３次元物体
を支持することを指し、保持部とは３次元物体周辺に配
設した支持体を指し、保持部断面とは３次元物体周辺の
支持体の断面を指す。又、深さ方向とは転写・定着時の
積層方向を指す。立体とは３次元物体と保持部を含めた
積層体全体を指す。中間転写とは感光体から３次元物体
及び保持部の粉体断面現像像を中間転写体に転写するこ
とを指す。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る積層造形方
法の実施の形態について、その概念を図面を参照して説
明する。

【００１７】図１は本発明で利用した積層造形方法の模
式図である。感光体１１０は帯電部１で一様に帯電さ
れ、次いで潜像形成部２で３次元物体をスライスした任
意の断面の２次元形状データーに基づく静電潜像が感光
体上に形成される。現像部３で感光体上に形成された静
電潜像に帯電性粉体を静電的に付着させて粉体像を現像
形成し、次いで中間転写部４で感光体１１０から中間転
写体１１１に現像された粉体像を静電的に転写する。転
写定着部５で転写・定着手段のヒーター５１０とステー
ジ５１１間に中間転写体１１１に転写された中間転写体
像を挟み込み加熱・加圧する事により、ステージ又はそ
の上に既に形成された３次元物体の最上表面に中間転写
体像を転写及び定着する。

【００１８】上記潜像形成から転写・定着迄を深さ方向
の各断面について繰り返し行い、現像した粉体像をステ
ージ上に順次積層する事により３次元物体を形成するも
のである。

【００１９】以下に、本発明に係る積層造形装置を中心
にその実施形態の詳細を図２、図３を参照して説明する
が、本発明はこれに限定されない。

【００２０】図２は本発明に係る積層造形方法における
各手段・工程を示した積層造形装置実施形態概念図、図
３は各部での粉体像の状況を示した主要工程での粉体像
の変還概念図である。

【００２１】先ず、以下に本発明に係る積層造形装置の
第１の実施形態について図２、図３を参照して説明す
る。

【００２２】図２において１１０は感光体で、電子写真
プロセスで一般に使用される、アルミニウム等導電性の
円筒状の基体外周に例えば有機光導電体（ＯＰＣ）を塗
布した感光層で形成され、基体が接地され、後述する中
間転写体のローラー４１ａから図示しないタイミングベ
ルト等によりスリップがないように駆動を受け矢印方向
に回転する。又、感光体はドラムと同様な特性を持つベ
ルト状でも良い。

【００２３】１は帯電部で、感光体１１０と直行方向に
対峙するように近接して配設した電子写真プロセスで一
般に使用される、例えばスコロトロン方式の帯電器１１
５に図示しないコロナ放電のための高電圧直・交両電源
が接続され、感光体１１０を例えばマイナス側に均一に
帯電させる。

【００２４】２は物体断面及び保持部断面の潜像形成手
段に相当する潜像形成部で、送・受信手段２１０、断面
データー記憶手段２１１、露光手段２１２より成り、２
１０は送・受信手段で潜像データー形成及び送・受信手
段へ断面データーの送信要求を行い、送信された３次元
物体の最下層から最上層までを例えば２０μｍ毎にスラ
イスした物体と保持部の断面データーを受信する。

【００２５】２１１は断面データー記憶手段で、受信し
た物体断面データー、及び保持部断面データーを書き換
え可能な記憶手段に格納する。

【００２６】ここで、本発明の送・受信手段２１０への
３次元物体の断面データー生成と送信は、一般的な３Ｄ
・ＣＡＤ図面用作成ソフト等を用い３次元物体をスライ
スした断面データーを生成し、本発明では積層完了時の
１断面当たりの厚さを２０μｍとしたため、本発明の画
像形成装置からの断面データー送信要求により、３次元
物体を２０μｍ毎にスライスした物体と保持部の最下層
から最上層まで全ての断面データーが順次送信される。

【００２７】２１２は露光手段で、記憶手段２１１から
所定のタイミングで読み出された物体断面データー、及
び保持部断面データーに基づき、電子写真プロセスで一
般に使用される、露光手段２１２の図示しないレーザー
の制御装置によりレーザーのレーザービームを変調し、
変調されたビームをポリゴンミラーで走査することによ
り感光体上に物体断面潜像と保持部断面潜像を形成す
る。

【００２８】３は現像部で、物体断面現像手段３１０、
保持部断面現像手段３１１より成り、物体断面現像手段
３１０は、電子写真プロセスで一般に使用される内部に
磁気ロールと現像スリーブを有する磁気ブラシ現像方式
により、第１の樹脂粉体を付着させた磁性キャリアを現
像領域に搬送し接触現像を行ない、感光体上に物体断面
の現像像を形成する。ここで、現像は一般に用いられる
非接触現像でも良い。

【００２９】保持部断面現像手段３１１は、電子写真プ
ロセスで一般に使用される内部に磁気ロールと現像スリ
ーブを有する磁気ブラシ現像方式により、第２の樹脂粉
体を付着させた磁性キャリアを現像領域に搬送し接触現
像を行ない、感光体上に保持部断面の現像像を形成す
る。ここで、現像は一般に用いられる非接触現像でも良
い。

【００３０】ここで、粉体は例えばＡＢＳ樹脂等を粉砕
した体積平均粒径１０μｍ程度の粉体を用い、物体断面
現像手段で用いる第１の粉体は後述する加熱部で立体積
層後に所定の温度で加熱した時軟化及び溶融せず、保持
部断面現像手段で用いる第２の粉体のみ溶融し除去でき
るように、第１の粉体は第２の粉体より立体形成後の軟
化温度が高い帯電性樹脂粉体を使用する。

【００３１】又、物体断面現像手段で用いる第１の粉体
は保持部断面現像手段で用いる第２の粉体より立体形成
後の軟化温度が高い体積平均粒径１０μｍ低度の帯電性
熱硬化性樹脂粉体、第２の粉体は第１の粉体より立体形
成後の軟化温度が低い体積平均粒径１０μｍ程度の帯電
性熱可塑性樹脂粉体を使用しても良い。具体的には熱硬
化性樹脂粉体として不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ
樹脂等が、熱可塑性樹脂としてはＡＢＳ樹脂、塩化ビニ
ール樹脂等が使用できる１１１は中間転写体で、ベルト
状のフィルムシートをローラー４１ａ、４１ｂ、４１
ｃ、４１ｄ、４１ｅに外接するように張設し、ローラー
４１ａ軸に接続された図示しない駆動モーターにより一
定速度で矢印の方向に駆動させる。又、ローラー４１ａ
軸から図示しないタイミングベルト等により感光体１１
０へスリップしないように回転力を伝え感光体１１０を
矢印の方向に回転させる。

【００３２】中間転写体の裏面にはタイミングベルト状
の歯を有し、ローラー４１ａには係合する歯を有しロー
ラー４１ａと中間転写体のスリップを防止し、感光体１
１０と中間転写体１１１とを同期駆動する。

【００３３】ここで、中間転写体１１１は像担持表面に
対する水の接触角が１００°以上のポリイミド樹脂フィ
ルムにフッ素コート処理をしたエンドレスベルト等が良
く、耐熱温度は第１の樹脂粉体の軟化温度以上を有す
る。

【００３４】１２０は感光体のクリーニング手段で、ブ
レード等により中間転写体に転写しきれず感光体に残っ
た樹脂粉体を掻き落としてクリーニングする。ここで、
ブレードは上下駆動機構を有し常時感光体から離れた位
置に待機し、転写しきれず感光体上に残存した粉体が通
過する時のみ感光体に圧接し粉体を掻き落とす。

【００３５】４は中間転写手段となる中間転写部で、感
光体１１０に対し中間転写体１１１を挟み反対側に、感
光体１１０と並行方向に対峙するように中間転写体１１
１に近接してスコロトロン方式の転写帯電器４１０を配
設し、これにコロナ放電のための高電圧直・交両電源４
１１を接続し、感光体１１０と転写帯電器４１０との間
に発生させた転写電界により、感光体１１０から物体現
像像と保持部現像像を中間転写体１１１に転写させる。

【００３６】４２は張力付与手段で、ローラー４１ｅと
ローラー４１ｂ間に、後述する転写定着部におけるヒー
ター下降時のベルト撓み量以上の蓄積量を持つダンサー
ローラーを備え、バネ等の弾性体によりダンサーローラ
ーを中間転写体１１１に圧下しヒーター５１０下降時の
撓みを確保すると同時に中間転写体１１１に適切な張力
を与える。

【００３７】５は転写定着手段である転写定着部で、ヒ
ーター５１０、ステージ５１１、ステージ上下手段５１
２より成り、５１０はヒーターで、ローラー４１ｄとロ
ーラー４１ａの間に中間転写体１１１のローラー接触側
に配設され、後述する温度制御有効領域が立体断面の最
大外形寸法以上の寸法を有し、常に平行を保ちながら上
下できるように図示しないボールスプライン等によりヒ
ーター５１０が支持され、図示しない上下駆動手段によ
り上下動を可能とする。

【００３８】そして、下降位置は例えばローラー４１ａ
とローラー４１ｄの下側の両接線を結んだ線より５ｍｍ
下位置にヒーターの中間転写体接触面が一致するように
設置された図示しないストッパーにより規制される、そ
して、上述した上下駆動手段によりストッパーまで下降
させ、図示しないタイマー等により設定した時間後再び
上昇する。

【００３９】上述したヒーター５１０の下降中は中間転
写体１１１は停止する。ヒーター５１０は内部にニクロ
ム線等発熱体を均等に組み込んだ面ヒーター等を用いる
ことができ、ヒーター５１０内部に組み込んだ図示しな
い熱電対等の温度検知手段によりヒーターの温度を検知
し、検知出力を図示しない温度制御手段に入力し、ヒー
ター５１０の温度を第１、第２両粉体ともゴム状に溶融
する温度にコントロールする。

【００４０】５１２はステージ上下手段で、中間転写体
１１１を挟みヒーター５１０の反対側にステージ５１１
を載置可能なように配設され、ステージ５１１とヒータ
ー５１０のそれぞれの中間転写体との接触面が平行にな
るよう図示しないボールスプライン等により支持され、
ステージ上下手段によりステージの上下動を可能にす
る。

【００４１】そして、ヒーター５１０が下降している
時、ヒーター５１０とステージ５１１のそれぞれの中間
転写体接触面間距離が中間転写体１１１の厚さと転写定
着後の粉体厚さ２０μｍを加えた寸法になるよう、図示
しないステージ上下手段の上位置ストッパーによりステ
ージ上下手段５１２の上側初期位置が規制される。

【００４２】ステージ上下手段５１２は図示しないモー
ターとボールネジの組み合わせ等による上下駆動機構に
より転写定着動作毎にステージ５１１を２０μｍずつ一
定下降を可能とする。

【００４３】又、他のステージ下降方法として、転写定
着動作毎にヒーター５１０とステージ５１１のそれぞれ
の中間転写体接触面間距離を検知手段により検知し、そ
の距離を中間転写体１１１の厚さと転写定着後の粉体厚
さ２０μｍを加えた寸法になるようステージ上下手段の
モーター回転角を制御しても良い。

【００４４】又、ステージは転写定着部５のステージ上
下手段５１２に固定し、積層した立体を移載ロボット等
により転写定着部５、加熱部７、取り出し部８へ搬送さ
せても良い。

【００４５】５１１はステージで、位置決めのピン穴を
有するアルミニウム等の台で、後述するステージ搬送部
６により、転写定着部５、加熱部７、取り出し部８へ搬
送され、各部の位置決めピンが上述した位置決め穴に嵌
合する事により位置決めされる。又、ステージ上の立体
を保持する開閉可能な保持ピン５１３がステージの４辺
にそれぞれ設置され、常時バネ等により立体側に閉じ立
体を保持する。転写定着部では立体の積層を阻害しない
ため保持ピンは開き、積層完了後閉じられる。

【００４６】６１０は中間転写体クリーニング手段で、
クリーニングローラーをローラー４１ａに対向し配設
し、転写定着部で転写できずに中間転写体上に残った帯
電性粉体を除去しクリーニングする。

【００４７】中間転写体クリーニング手段６１０は図示
しない上下駆動手段に取り付けられ上下動を可能とす
る。通常は中間転写体１１１から離間しているが、ヒー
ター５１０が作動直後ローラーが中間転写体１１１に圧
接し、中間転写体像位置が該ローラーを通過後中間転写
体から離間する。

【００４８】６はステージ搬送部で、ステージの位置決
めピン穴と転写定着部５等、各部の位置決めピンとの着
脱機構とベルト等によるステージ搬送部より成り、転写
定着部５から積層を完了したステージ５１１を加熱部７
へ移載し、次いで取り出し部８へ移載し、次に転写定着
部５へステージを返送する。

【００４９】７は加熱部で、オーブン状の加熱箱７１０
と、加熱ヒーター７１１等により成る。

【００５０】加熱箱７１０のステージ搬送方向にはステ
ージが出入りする扉が配設され、内部には図示しない箱
の内部温度を検知する熱電対等の温度検知手段と加熱ヒ
ーター７１１とが設置され、温度検知手段により加熱箱
内の温度を検知し、検知出力を図示しない温度制御手段
に入力し、加熱ヒーター７１１の温度を第１の軟化温度
が高い樹脂粉体が溶融せず、第２の軟化温度が低い樹脂
粉体が溶融する一定温度にコントロールする。

【００５１】保持ピン５１３はバネ等弾性部材により物
体を保持する方向に閉じ、物体の転倒を防止する。

【００５２】また、加熱箱７１０内の温度を均一にする
ため加熱箱内に加熱ヒーター７１１を加熱箱の各面に取
り付け、内部の空気を攪拌するためのファン７１２を有
する。

【００５３】８は取り出し部で、ファン８１０等により
冷風を３次元物体に吹き付ける。又保持ピン５１３を開
き物体から離間させ、物体の取り出しを可能にする。

【００５４】図示しない制御部は、潜像形成部、粉体の
画像形成プロセス制御（含む、潜像形成及び現像タイミ
ング制御）、及び中間転写部、転写定着部、加熱部取り
出し部、ステージ搬送部等の上記制御を行う。

【００５５】以下に本発明に係る積層造形方法を中心に
その実施形態の詳細について図２、図３を参照して説明
する。

【００５６】先ず始めに制御部は潜像データー形成及び
送信手段に、３次元物体最下層から最上層までを２０μ
ｍ毎にスライスした物体と物体領域以外の保持部の断面
データーの送信を要求し、送信された該データーを本発
明の送・受信手段２１０で受信し、受信した物体断面デ
ーター、及び保持部断面データーを最下層から最上層ま
で順番に断面データー記憶手段２１１に記憶させる。

【００５７】次に帯電手段により一様に帯電された感光
体上に潜像形成工程で第１回目の潜像形成を行うが、制
御部はこの時は全面保持部のデーターを自動的に作成す
る。

【００５８】次いでこのデーターに基づいて露光手段２
１２のレーザービームを変調・走査して感光体１１０上
に全面ベタの露光を行い潜像を形成する。

【００５９】次いで現像工程では保持部断面現像手段３
１１を選択し現像することにより、感光体上に第２の保
持部樹脂粉体による全面ベタとなっている保持部現像像
を形成する。

【００６０】次いで中間転写工程では中間転写部４で感
光体１１０上の全面ベタとなっている保持部現像像を中
間転写体１１１に転写する。

【００６１】該現像像が転写定着部５に搬送されると中
間転写体１１１は停止し、この時転写定着部５のステー
ジ５１１は初期位置である上端に位置し、保持ピン５１
３が開状態でヒーター５１０が一定時間下降することに
より全面ベタの保持部現像像を加熱圧着し、ステージ５
１１に転写定着する。

【００６２】その後ステージ５１１はステージ上下手段
５１２により２０μｍ下降する。ここで、中間転写体に
転写しきれなった感光体上の粉体がクリーニング手段１
２０部を通過中、通常感光体から離間しているブレード
を上下駆動機構により感光体に圧接させ感光体上の残留
粉体を掻き落とす。

【００６３】又、ステージに転写定着しきれなかった中
間転写体上の粉体が中間転写体クリーニング手段６１０
部を通過中、通常中間転写体から離間しているクリーニ
ングローラーを上下駆動手段によりローラー４１ａ間で
中間転写体と圧接させ中間転写体上の残留粉体を除去す
る。

【００６４】第２回目以降の潜像形成は制御部により断
面データー記憶手段２１１に記憶されている物体と保持
部のデーターの内、最下層のデーターから物体と保持部
のデーターを交互にペアーとして上層に向かい順番に読
み出し、読み出された順番に従いそのデーターに基づい
て露光手段２１２を制御し感光体１１０上に物体と保持
部の潜像形成を行う。

【００６５】先ず、最下層の保持部のデーターを読み出
し露光手段２１２の図示しないレーザー制御手段に入力
しレーザービームを変調・走査してその潜像を感光体上
に形成する。

【００６６】そして、保持部断面現像手段３１１を再び
選択する事により第２の保持部樹脂粉体で感光体上に保
持部断面潜像Ａを現像し、更に中間転写部４で保持部現
像像Ａ′を中間転写体１１１に転写する。

【００６７】次に最下層の物体のデーターを読み出し露
光手段２１２の図示しないレーザー制御手段に入力しレ
ーザービームを変調・走査して感光体上にその潜像を形
成する。

【００６８】そして、物体断面現像手段３１０を選択す
る事により第１の物体樹脂粉体で感光体上に物体断面潜
像Ｂを現像し、更に中間転写部４で中間転写体上の保持
部現像像Ａ′の上に反転の関係となる位置に物体現像像
Ｂ′を転写する事により、保持部と物体の断面現像像が
反転関係となった完成した中間転写断面像Ｃとして転写
される。

【００６９】中間転写体上に転写された中間転写断面像
Ｃが中間転写体１１１により転写定着部５に搬送される
と、中間転写体は停止しヒーター５１０が設定された一
定時間下降することにより、既にステージ５１１上に定
着されている上述した全面ベタの保持部の上に、完成し
た最下層の中間転写断面像Ｃが加熱圧着され転写定着さ
れる。

【００７０】ヒーター５１０の上昇後ステージ上下手段
５１２はステージ５１１を２０μｍ下降させると同時に
中間転写体は再び回転を開始する。

【００７１】ここで、例えばＡＢＳ樹脂の場合ヒーター
温度は１００〜３００℃で２００℃程度が良く、加熱時
間は０．０２〜０．３秒で０．１秒程度がよい。

【００７２】中間転写体に転写しきれなった感光体上の
粉体とステージに転写定着しきれなかった中間転写体上
の粉体はそれぞれ前述したように除去される。

【００７３】このようにして、物体と保持部断面を１対
として、最下層から最上層までの各断面について潜像形
成工程から転写定着工程までをステージを２０μｍ下降
させながら順次繰り返し行い積層し、ステージ上に物体
と保持部から成る転写・定着像Ｄ（立体）を形成する。

【００７４】ステージ搬送部６により、転写定着部５に
載置されたステージ５１１をその位置出しピンから外し
加熱部７へ搬送し加熱箱７１０内に載置する。

【００７５】加熱ヒーター７１１により設定された温度
で設定時間加熱され保持部の樹脂が溶融落下し除去され
る。この時、保持ピン５１３は物体の転倒を防止するた
め閉じている。

【００７６】ここで、溶融落下を確実にし、又早めるた
めファン７１２で内部の熱気を攪拌し、又、立体を上下
左右に振動させ、立体の積層方向を中心軸に又は／及び
積層方向の直角方向を中心軸に回転させ、立体に熱風を
噴射させてもよい、又最下層の樹脂を除去し易くするた
めピン等で立体をステージ上から持ち上げるか、立体を
保持したままステージを下げても良い。

【００７７】加熱温度は第１の物体に使用する樹脂が少
なくとも溶融せずゴム状を維持する温度未満で、且つ第
２の保持部に使用する樹脂の溶融温度以上とし、加熱時
間は３次元物体の大きさ、複雑さ等により確実に保持部
材を溶融できる時間とする。

【００７８】次に、設定した加熱時間後、ステージ搬送
部６によりステージ５１１を取り出し部８に搬送する。

【００７９】取り出し部８で設定した一定時間ファン８
１０等で３次元物体Ｅを冷却し、保持ピン５１３を開き
３次元物体から離間させ目的の３次元物体を取り出す事
を可能にする。

【００８０】ここで、最下層は第２の保持部に使用する
樹脂粉体で構成されているため加熱部７で最下層が加熱
溶融除去され３次元物体Ｅがステージと分離しているた
め容易にステージから三次元物体が取り出す事ができ
る。

【００８１】３次元物体を取り出した後、ステージ搬送
部６はステージ５１１を転写定着部５に搬送しステージ
上下手段５１２に載置する。

【００８２】次に他の実施形態について、第２の実施形
態を説明する。前述した実施形態１と実施形態２の違い
は、実施形態１が接触現像法を用い、保持部断面像の現
像後すぐ中間転写体に転写し、次いで物体断面像の現像
後、すでに転写された保持部断面像に反転像の関係に物
体断面像を中間転写体に転写したのに対し、実施形態２
は、非接触現像方式を用い、保持部断面像の現像後すぐ
には中間転写せず、感光体上の保持部断面像に反転像の
関係に物体断面像を上乗せ現像し、その後一括して中間
転写体に転写するもので、中間転写以降は実施形態１と
同様となる。

【００８３】この場合、現像方法は一般に電子写真で用
いられる非接触現像法が利用でき、その他の部分は実施
形態１と同様である。

【００８４】次に他の実施形態について、第３の実施形
態を説明する。前述した実施形態１と実施形態３の違い
は、実施形態１が、画像形成部分を一つの感光体に対し
一組の帯電、潜像形成、現像、中間転写を配設したのに
対し、実施形態３は、物体断面用と保持部断面用の２つ
の感光体を設け、それぞれの感光体に帯電、潜像形成、
現像、中間転写を配設し、保持部と物体像を同時に現像
し個別に転写タイミングをずらし物体と保持部現像像が
反転像の関係になるように中間転写体に転写するもの
で、中間転写以降は実施形態１と同様となる。

【００８５】この場合、物体像、保持部像それぞれの現
像は接触現像、非接触現像いずれを用いても良い。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば次のような効果を得るこ
とが出来る、すなわち、２次元断面粉体像の形成等を電
子写真方法を利用し、保持部像と物体像を反転関係の一
断面として一括してステージに転写定着し、保持部の除
去を樹脂の溶融により行うため、利用可能な樹脂範囲が
広く、且つ生産性を下げずに高速に通常の大型複写機程
度の大きさで積層が行え、傷の発生、欠損、変形がな
い、又、厚さの偏りや歪みのない安定した強度の精度の
高い物体を造形することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で利用した積層造形方法の模式図であ
る。

【図２】本発明の積層造形装置実施形態概念図。

【図３】本発明の主要工程での粉体像の変遷概念図。

【符号の説明】

１ 帯電部 ２ 潜像形成部 ３ 現像部 ４ 中間転写部 ５ 転写定着部 ６ ステージ搬送部 ７ 加熱部 ８ 取り出し部 １１０ 感光体 １１１ 中間転写体 ２１２ 露光手段 ３１０ 物体断面現像手段 ３１１ 保持部断面現像手段 ５１０ ヒーター ５１１ ステージ ７１１ 加熱ヒーター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 宏 東京都日野市さくら町１番地コニカ株式会 社内 (72)発明者 森本 仁士 東京都日野市さくら町１番地コニカ株式会 社内 Ｆターム(参考） 2H027 ED03 ED04 ED08 ED24 ED25 EE07 EF09 4F213 AC04 AR20 WA25 WK03 WL02 WL15 WL26 WL62 WL67 WL87 WL95 WL96

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子写真方式を利用した帯電性粉体を材
   料とする３次元物体を造形する積層造形装置において、
   前記３次元物体の断面形状に基づく静電潜像を感光体の
   表面に形成する物体断面潜像形成手段と、前記物体断面
   潜像を現像する物体断面現像手段と、前記３次元物体の
   形状を保証するための保持部材の断面形状に基づく静電
   潜像を感光体表面に形成する保持部断面潜像形成手段
   と、前記保持部断面潜像を現像する保持部断面現像手
   段、及び、前記物体断面現像手段と保持部断面現像手段
   で現像された物体現像像と保持部現像像を一括又は個別
   に中間転写体に転写する中間転写手段、及び、前記中間
   転写体に転写された前記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
   段を備えることを特徴とする積層造形装置。
2. 【請求項２】 前記静電潜像の形成から転写・定着迄を
   繰り返し行ない、前記３次元物体の断面と当該保持部断
   面を積層してステージ上に立体を形成する積層手段を備
   える事を特徴とする請求項１項に記載の積層造形装置。
3. 【請求項３】 前記積層手段以降に、前記保持部を加熱
   溶融させ除去するための加熱手段を備えることを特徴と
   する請求項１又は２項に記載の積層造形装置。
4. 【請求項４】 前記物体現像像と保持部現像像は、立体
   形成後の軟化温度が異なる樹脂粉体を用いることを特徴
   とする請求項１〜３項のいずれか１項に記載の積層造形
   装置。
5. 【請求項５】 前記物体断面現像手段は、保持部断面現
   像手段で用いる樹脂粉体より、立体形成後の軟化温度が
   高い軟化温度を有する樹脂粉体を用いて現像を行なうこ
   とを特徴とする請求項１〜４項のいずれか１項に記載の
   積層造形装置。
6. 【請求項６】 前記中間転写手段は、物体現像像と保持
   部現像像を反転像の関係にすることを特徴とする請求項
   １〜５項のいずれか１項に記載の積層造形装置。
7. 【請求項７】 前記物体現像像と保持部現像像を加熱及
   び加圧して一括又は個別にステージに転写及び定着する
   ことを特徴とする請求項１〜６項のいずれか１項に記載
   の積層造形装置。
8. 【請求項８】 前記物体断面現像手段は、前記転写・定
   着手段に於いて加熱時に熱硬化性を示す樹脂粉体を用い
   現像を行なうことを特徴とする請求項１〜７項のいずれ
   か１項に記載の積層造形装置。
9. 【請求項９】 前記保持部断面現像手段は前記転写・定
   着手段に於いて加熱時に熱可塑性を示す樹脂粉体を用い
   現像を行なうことを特徴とする請求項１〜８項のいずれ
   か１項に記載の積層造形装置。
10. 【請求項１０】 電子写真方式を利用した帯電性粉体を
    材料とする３次元物体を造形する積層造形方法におい
    て、前記３次元物体の断面形状に基づく静電潜像を感光
    体の表面に形成する物体断面潜像形成工程と、前記物体
    断面潜像を現像する物体断面現像工程と、前記３次元物
    体の形状を保証するための保持部材の断面形状に基づく
    静電潜像を感光体表面に形成する保持部断面潜像形成工
    程と、前記保持部断面潜像を現像する保持部断面現像工
    程、及び、前記物体断面現像工程と保持部断面現像工程
    で現像された物体現像像と保持部現像像を一括又は個別
    に中間転写体に転写する中間転写工程、及び、前記中間
    転写体に転写された前記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・定着工
    程を含むことを特徴とする積層造形方法。
11. 【請求項１１】 前記断面潜像形成、現像、転写・定着
    迄を繰り返し行ない、前記３次元物体の断面とその同一
    スライス面の保持部断面を積層してステージ上に立体を
    形成する積層工程を含む事を特徴とする請求項１０項に
    記載の積層造形方法。
12. 【請求項１２】 前記積層工程以降に、前記保持部を加
    熱溶融させ除去するための加熱工程を含むことを特徴と
    する請求項１０又は１１項に記載の積層造形方法。
13. 【請求項１３】 前記物体現像像と保持部現像像は、立
    体形成後の軟化温度が異なる樹脂粉体を用いることを特
    徴とする請求項１０〜１２項のいずれか１項に記載の積
    層造形方法。
14. 【請求項１４】 前記物体断面現像工程は、保持部断面
    現像工程で用いる樹脂粉体より、立体形成後の軟化温度
    が高い軟化温度を有する樹脂粉体を用いて現像を行なう
    ことを特徴とする請求項１０〜１３項のいずれか１項に
    記載の積層造形方法。
15. 【請求項１５】 前記中間転写工程は、物体現像像と保
    持部現像像を反転像の関係にすることを特徴とする請求
    項１０〜１４項のいずれか１項に記載の積層造形方法。
16. 【請求項１６】 前記物体現像像と保持部現像像を加熱
    及び加圧して一括又は個別にステージに転写及び定着す
    ることを特徴とする請求項１０〜１５項のいずれか１項
    に記載の積層造形方法。
17. 【請求項１７】 前記物体断面現像工程は、前記転写・
    定着工程に於いて加熱時に熱硬化性を示す樹脂粉体を用
    い現像を行なうことを特徴とする請求項１０〜１６項の
    いずれか１項に記載の積層造形方法。
18. 【請求項１８】 前記保持部断面現像工程は前記転写・
    定着工程に於いて加熱時に熱可塑性を示す樹脂粉体を用
    い現像を行なうことを特徴とする請求項１０〜１７項の
    いずれか１項に記載の積層造形方法。