JP2017105088A - 造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】材料層の転写性を向上させる。
【解決手段】与えられた画像データに基づき、材料層を形成する画像形成部と、前記画像形成部により形成された前記材料層を搬送する第１の搬送体と、前記第１の搬送体との間に形成されるニップ部で前記第１の搬送体から転写される前記材料層を前記ステージに向けて搬送する第２の搬送体と、前記第１の搬送体から前記第２の搬送体に前記材料層を転写するための電圧を前記ニップ部に印加する電圧印加手段と、を有し、前記第２の搬送体は、導電性を有する基層と、絶縁性を有する表層とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、造形装置に関するものである。

近年、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）等で呼称される、立体造形技術が注目を集めている（本明細書ではこれらの技術を総称してＡＭ技術と呼ぶ）。ＡＭ技術は、立体物の３次元形状データをスライスした形状データを複数生成し、その各スライス形状データを基に造形材料により各レイヤーを形成し、造形材料のレイヤーを順次積層し固着することで、立体物を造形する技術である。主な造形方式として、ＡＳＴＭ（米国試験材料協会）の定義によれば、次のような方式が存在する。それは、液槽光重合（Ｖａｔ ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ；ＶＰ）、材料押出し（Ｍａｔｅｒｉａｌ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ；ＭＥ）：溶融物堆積法（ＦＤＭ）、シート積層（Ｓｈｅｅｔ ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ；ＳＬ）などである。
シート積層タイプのＡＭ技術としては、電子写真式画像形成法を用いた粉末立体造形法が知られている。
一般に、電子写真方式では、各造形材料ごとに各感光体上にそれぞれ画像を形成し、樹脂などの材料からなるベルト上に各画像を順次、転写することで、各造形材料からなる各画像を１枚（１層）の画像に仕上げている。

特許文献２には、感光体上の画像を耐熱性の高い材料からなる誘電性ベルトに転写して積層する方法が記載されている。また、導電基層の表面に誘電層を設けたベルトで、感光体と積層ベルトを兼ねる構成が記載されている。
特許文献１には、柔軟性をもたせるために、基層を金属やポリマーで形成し、表層にテフロン（登録商標）をコートした積層ベルトへ、感光体から画像を転写する構成が記載されている。

米国特許第５０８８０４７号明細書 特表平８−５１１２１７号公報

積層造形時に、画像を加熱することで、画像を形成する造形材料を溶融状態にして積層を行っていく場合、積層部で用いられるベルトには十分な耐熱性が求められる。
一般に、ベルトは樹脂材料を主原料として作成されており、原料によっては、造形材料を溶融するときの温度に耐えられないことや、瞬間的や短期での使用には問題がなくても、長時間の連続使用において、伸びてしまったりすることが懸念される。
そこで、１層分の画像を形成する画像形成部で用いるベルト（以下、中間転写ベルト）とは別に、積層部で用いるベルト（以下、積層ベルト）を設けることが考えられる。

しかし、そのように中間転写ベルトと積層ベルトを備えた構成とした場合には、中間転写ベルトから積層ベルトへ画像を直接転写する工程が必要となるが、中抵抗材料で形成されている中間転写ベルトから画像を直接転写するのは困難である。例えば、積層ベルトを金属の基層のみで形成した場合、中間転写ベルトとの２次転写部において、放電が発生するおそれがあるため十分な電圧をかけることができず、画像乱れや転写性の低下を引き起
こすことが懸念される。また、積層ベルトをポリマーなどの絶縁性樹脂だけで形成した場合には、絶縁層が厚くなるため、転写性の低下を引き起こすことが懸念される。

本発明は、画像形成部で形成された材料層を搬送する第１の搬送体と、第１の搬送体から転写された材料層をステージに向けて搬送する第２の搬送体を有する造形装置において、第１の搬送体から第２の搬送体への材料層の転写性を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明にあっては、
ステージ上に造形材料からなる材料層を積層することによって３次元の立体物を形成する造形装置において、
与えられた画像データに基づき、前記材料層を形成する画像形成部と、
前記画像形成部により形成された前記材料層を搬送する第１の搬送体と、
前記第１の搬送体との間に形成されるニップ部で前記第１の搬送体から転写される前記材料層を前記ステージに向けて搬送する第２の搬送体と、
前記第１の搬送体から前記第２の搬送体に前記材料層を転写するための電圧を前記ニップ部に印加する電圧印加手段と、
を有し、
前記第２の搬送体は、導電性を有する基層と、絶縁性を有する表層とを備える
ことを特徴とする。

本発明によれば、画像形成部で形成された材料層を搬送する第１の搬送体と、第１の搬送体から転写された材料層をステージに向けて搬送する第２の搬送体を有する装置において、第１の搬送体から第２の搬送体への材料層の転写性を向上させることが可能となる。

実施例１に係る造形装置の全体構成を模式的に示す図 実施例１の積層ベルトを示す概略断面図 実施例２に係る造形装置の全体構成を模式的に示す図

以下、この発明を実施するための形態を図面を参照して例示的に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、その相対配置など、各種制御の手順、制御パラメータ、目標値などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
本発明は、ＡＭ技術、すなわち、造形材料を２次元に配置した薄層、もしくはそれを溶融した薄膜を積層することによって３次元の立体物（造形物）を作製する技術を採用した造形装置に関する。
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３次元の立体物を構成する材料を「構造材料」と呼ぶ。以下、構造材料からなる部分を構造体と呼ぶ場合がある。また、積層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構造）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。

また、本明細書では、１層分の画像の形成に用いられるデジタルデータを「スライス形状データ」と呼ぶ。スライス形状データに基づき造形材料で形成される１層分の画像を「材料層」と呼ぶ。この１層分の画像は、複数の画像形成部で形成された画像により構成されるものであり、各画像形成部で形成される画像を「材料画像」と呼ぶ場合がある。また、造形装置を用いて作製しようとする目的の構造体（つまり造形装置に与えられる画像データ（３次元形状データ）が表す物体）を「造形対象物」と呼び、造形装置で作製された（出力された）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である構造体が造形対象物の立体物となる。

＜実施例１＞
［造形装置の全体構成］
図１を参照して、本発明の実施例１に係る造形装置の全体構成について説明する。図１は、本実施例に係る造形装置の全体構成を模式的に示す図である。
図１に示すように、造形装置１は、概略、制御ユニットＵ１、画像形成ユニットＵ２、積層ユニットＵ３を有して構成される。制御ユニットＵ１は、造形対象物の３次元形状データから複数層のスライス形状データを生成する処理、造形装置１の各部の制御などを担うユニットである。画像形成ユニットＵ２は、電子写真プロセスを利用して造形材料からなる材料層を形成するユニットである。そして、積層ユニットＵ３は、画像形成ユニットＵ２で形成された複数層の材料層を順に積層し固着することによって、造形物を形成するユニットである。なお、図１に示すユニット構成はあくまでも一例であり、他の構成を採用した造形装置においても本発明を好適に適用することができる。

［制御ユニット］
以下に、制御ユニットＵ１の構成を説明する。
図１に示すように、制御ユニットＵ１は、その機能として、３次元形状データ入力部Ｕ１０、スライス形状データ計算部Ｕ１１、画像形成ユニット制御部Ｕ１２、積層ユニット制御部Ｕ１３などを有する。
３次元形状データ入力部Ｕ１０は、外部装置（例えばパソコンなど）から造形対象物の３次元形状データを受け付ける機能を有する。３次元形状データとしては、３次元ＣＡＤ、３次元モデラー、３次元スキャナなどで作成・出力されたデータを用いることができる。そのファイル形式は問わないが、例えば、ＳＴＬ（ＳｔｅｒｅｏＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）ファイル形式を好ましく用いることができる。

スライス形状データ計算部Ｕ１１は、３次元形状データで表現された造形対象物を所定のピッチでスライスして各層の断面形状を計算し、その断面形状を基に画像形成ユニットＵ２で画像形成に用いるデータ（スライス形状データ）を生成する機能を有する。さらに、スライス形状データ計算部Ｕ１１は、３次元形状データ又は上下層のスライス形状データを解析して、オーバーハング部（宙に浮く部分）の有無を判断し、必要に応じてスライス形状データに、サポート体の形成に用いられるデータを含ませる。
画像形成ユニット制御部Ｕ１２は、スライス形状データ計算部Ｕ１１で生成されたスライス形状データを基に、画像形成ユニットＵ２における画像形成プロセスを制御する機能を有する。また、積層ユニット制御部Ｕ１３は、積層ユニットＵ３における積層プロセスを制御する機能を有する。

また、図示しないが、制御ユニットＵ１は、操作部、表示部、記憶部も備える。操作部は、ユーザからの指示を受け付ける機能を有する。例えば、電源のオン／オフ、装置の各種設定、動作指示などの入力が可能である。表示部は、ユーザへの情報提示を行う機能を有する。例えば、各種設定画面、エラーメッセージ、動作状況などの提示が可能である。記憶部は、３次元形状データ、スライス形状データ、各種設定値などを記憶する機能を有
する。
制御ユニットＵ１は、ハードウエア的には、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ、補助記憶装置（ハードディスク、フラッシュメモリなど）、入力デバイス、表示デバイス、各種Ｉ／Ｆを具備したコンピュータにより構成することができる。上述した各機能Ｕ１０〜Ｕ１３は、補助記憶装置などに格納されたプログラムをＣＰＵが読み込んで実行し、必要なデバイスを制御することで実現されるものである。ただし、上述した機能のうちの一部又は全部をＡＳＩＣやＦＰＧＡなどの回路で構成したり、あるいは、クラウドコンピューティングやグリッドコンピューティングなどの技術を利用して他のコンピュータに実行させてもよい。

［画像形成ユニット］
次に、画像形成ユニットＵ２の構成を説明する。
画像形成ユニットＵ２は、電子写真プロセスを利用して造形材料からなる材料層を形成するユニットである。電子写真プロセスとは、感光体（像担持体）を帯電し、露光によって感光体上に潜像を形成し、感光体上の潜像部分に現像剤粒子を付着させて、感光体上に現像剤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。造形装置における電子写真プロセスの原理は、複写機等の２Ｄプリンタで用いられているものと共通する。しかし、造形装置では現像剤として用いられる造形材料の特性がトナー材料とは異なるものを用いるため、２Ｄプリンタにおけるプロセス制御や部材構造をそのまま利用できない場合も多い。

図１に示すように、画像形成ユニットＵ２は、第１の画像形成部１０ａ、第２の画像形成部１０ｂ、第１の搬送体としての中間転写ベルト１１、ベルトクリーニング装置１２、第１の転写装置１０４ａ、第２の転写装置１０４ｂを備えている。画像形成部１０ａと画像形成部１０ｂは、異なる造形材料を用いて材料画像を形成するための画像形成手段であり、それぞれ感光体、帯電装置、露光装置、現像装置、クリーニング装置を有する。
これらの画像形成部１０ａ，１０ｂは、中間転写ベルト１１の表面に沿って並んで配置され、中間転写ベルト１１の回転方向（中間転写ベルト表面の移動方向）において、画像形成部１０ａよりも下流側に画像形成部１０ｂが位置している。

（画像形成部）
画像形成部１０ａ，１０ｂの詳細については、一般的な電子写真方式を使うものとして詳細な説明は省略する。
（転写装置）
転写装置１０４ａ，１０４ｂは、画像形成部１０ａ，１０ｂで形成された材料画像を中間転写ベルト１１の表面上へと転写させる転写手段である。
転写装置１０４ａ，１０４ｂは、中間転写ベルト１１を挟んで、画像形成部１０ａ，１０ｂ内部の感光体の反対側に配置されている。そして、感光体上の材料画像の帯電極性と逆極性の電圧が転写装置１０４ａ，１０４ｂに印加されることで、感光体上の材料画像が静電的に中間転写ベルト１１側へと転写される。ここで、感光体から中間転写ベルト１１への転写を１次転写とも称す。なお、本実施例ではローラ転写方式を用いているが、コロナ放電を利用した転写方式や、静電転写方式以外の転写方式を用いても構わない。

（中間転写ベルト）
中間転写ベルト１１は、各画像形成部１０で形成された材料画像が、各画像形成部１０から転写される転写体である。画像形成部１０ａから中間転写ベルト１１に構造材料で形成される材料画像が転写された後、それと中間転写ベルト１１上の位置を合わせて、画像形成部１０ａよりも下流側の画像形成部１０ｂからサポート材料で形成される材料画像が転写される。
このことで、中間転写ベルト１１の表面上に１枚分（１層分）の材料層が形成される。

中間転写ベルト１１は、樹脂、ポリイミドなどの材料からなる体積抵抗率１×１０^８〜１０^１１Ω・ｃｍ程度の無端状のベルトであり、図１に示すように、複数のローラ１１０，１１１に張架されている。なお、ローラ１１０，１１１の他にテンションローラを設け、中間転写ベルト１１のテンションを調整できるようにしてもよい。
ローラ１１１は駆動ローラであり、画像形成時には不図示のモータの駆動力によって中間転写ベルト１１を図中反時計周りに回転させる。また、ローラ１１０は、積層ユニットＵ３の２次転写対向ローラ３１との間で転写ニップ部（以下、２次転写部）Ｎを形成する中抵抗の弾性層を備えるローラであり、以下、２次転写ローラ１１０という。ここで、２次転写ローラ１１０は、第１の部材に相当し、２次転写対向ローラ３１は、第２の部材に相当する。
材料層を中間転写ベルト１１から積層ベルト３０へ転写する場合には、電圧印加手段としての電源１３より２次転写ローラ１１０に、材料層を構成する造形材料の帯電極性と同極性の電圧が印加され、材料層が積層ベルト３０上に転写される。

（ベルトクリーニング装置）
ベルトクリーニング装置１２は、中間転写ベルト１１の表面に残留した造形材料をクリーニングする手段である。本実施例では、中間転写ベルト１１に対し当接させたクリーニングブレードによって材料を掻き落とすブレード方式のクリーニング装置を採用するが、ブラシ方式や静電吸着方式など他の方式のクリーニング装置を用いてもよい。

［積層ユニット］
次に、積層ユニットＵ３の構成を説明する。
積層ユニットＵ３は、画像形成ユニットＵ２で形成された材料層を受け取り、これを順に積層し固着することによって、造形物を形成するユニットである。
図１に示すように、積層ユニットＵ３は、第２の搬送体としての積層ベルト３０、２次転写対向ローラ３１、ヒータ３３、ステージ３４を備えている。以下、積層ユニットＵ３の各部の構成について詳しく説明する。

（積層ベルト）
図２は、本実施例の積層ベルト３０を示す概略断面図である。
積層ベルト３０は、画像形成ユニットＵ２で形成された材料層を中間転写ベルト１１から受け取り、その材料層を積層位置まで担持搬送する部材である。積層位置とは、材料層の積層（積層途中の造形物への積み上げ）のために、積層途中の造形物の積層面と材料層との接触が行われる位置であり、図１の構成では、積層ベルト３０のうちヒータ３３とステージ３４とで挟まれる部分が、積層位置に該当する。

積層ベルト３０は、基層３０ａが、電気導電性に優れるとともに熱伝導性の比較的高い金属により４０〜６００μｍの厚みで構成され、表層３０ｂが、絶縁性の樹脂材料などにより１０〜１００μｍの厚みで構成された無端状のベルトである。ここで、２次転写部Ｎでは、基層３０ａと２次転写ローラ１１０が、表層３０ｂと中間転写ベルト１１を挟んで対向するように構成され、積層ベルト３０の表層３０ｂと中間転写ベルト１１が接触している。
基層３０ａは６０〜４００μｍの厚み、表層３０ｂは１５〜８０μｍの厚みであると、より好ましい。また、表層３０ｂの体積抵抗率は、室温で１×１０^１４Ω・ｃｍ以上であるとよい。また、基層３０ａは、ステンレス、ニッケル、銅などで構成され、表層３０ｂは、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ポリイミドなどで構成されるとよい。ここで、ＰＴＦＥは、ポリテトラフルオロエチレンであり、ＰＦＡは、テトラフルオロエチレン
パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体であり、ＦＥＰは、テトラフルオロエチレン ヘキサフルオロプロピレン共重合体である。また、ＥＴＦＥは、エチレン テトラ
フルオロエチレン共重合体である。

図１に示すように、積層ベルト３０は、２次転写対向ローラ３１、及び、複数のローラ３０１，３０２，３０３，３０４に張架されている。ローラ３０３，３０４は金属製のローラであり、不図示の構成により接地され、積層ベルト３０の導電性の基層３０ａと接触するように配置されることで、積層ベルト３０の基層３０ａが接地されている。
ローラ３０１，３０２のうち少なくともいずれかが駆動ローラであり、不図示のモータの駆動力によって積層ベルト３０が図中時計回りに回転される。ローラ３０３，３０４は、積層ベルト３０のテンションの調整と、積層位置を通過する積層ベルト３０の部分（つまり、積層時の材料層）を平らに保つ役割を担うローラ対である。

本実施例の特徴として、積層ベルト３０の基層３０ａを電気伝導性に優れた材料で構成し、この基層３０ａを電気的に接地している。このことで、２次転写ローラ１１０に電圧を印加する２次転写部Ｎの構成において対向電極として積層ベルト３０を機能させることができる。さらに、積層ベルト３０の表層３０ｂには絶縁層を設けているので、２次転写部Ｎでの放電の発生や転写性の低下を抑えることができる。
これにより、２次転写部Ｎにおける中間転写ベルト１１から積層ベルト３０への材料層の転写を良好に行うことができる。

ここで、積層ベルト３０をポリマーなどの絶縁性樹脂だけで形成したと仮定する。このような場合において、積層ベルト表面の材料層をベルト裏面側からヒータで加熱する場合、積層ベルトを介することで熱が伝わりにくくなるため、ヒータを必要以上に高い温度に設定する必要があり、加熱に時間がかかってしまうことが懸念される。
これに対して本実施例の積層ベルト３０の基層３０ａは、耐熱性樹脂などと比較して、高い熱伝導性をもつ材料で形成されているため、裏面側のヒータ３３からの熱を効率よく表層３０ｂ上にある材料層に伝えることができる。これにより、ヒータ３３における過剰加熱や加熱時間の増大を抑制することができる。
なお、金属の熱伝導率が、ステンレスで約２５Ｗ／ｍ・Ｋ、ニッケルで約２６Ｗ／ｍ・Ｋ、銅で約３７０Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対して、絶縁性樹脂の熱伝導率は、ポリイミドで約０．３Ｗ／ｍ・Ｋ、ＰＥＥＫで約０．２６Ｗ／ｍ・Ｋである。

（２次転写対向ローラ）
２次転写対向ローラ３１は、中間転写ベルト１１と積層ベルト３０との間で２次転写部Ｎを形成させるためのものである。２次転写対向ローラ３１と２次転写ローラ１１０との間で、中間転写ベルト１１と積層ベルト３０を挟み込み密着するように構成することで、中間転写ベルト１１と積層ベルト３０との間に２次転写部Ｎが形成される。
（ヒータ）
ヒータ３３は、積層位置に搬送された材料層の温度を制御する温度制御手段である。ヒータ３３としては、例えば、セラミックヒータ、ハロゲンヒータなどを用いることができる。
ここで、温度制御手段としては、加熱するためのヒータだけでなく、放熱ないし冷却により材料層の温度を積極的に低下させる構成をさらに有するものであってもよい。なお、ヒータ３３は、その下面（積層ベルト３０に対向する側の面）が平面となっており、積層位置を通過する積層ベルト３０のガイドと、材料層に均等な圧力を加える押圧部材の役割も兼ねている。

（ステージ）
ステージ３４は、造形物が積層される平面台である。ステージ３４は、不図示のアクチュエータによって上下方向（積層位置の積層ベルト３０のベルト面（ステージ表面（上面）に垂直な方向）に移動可能に構成されている。積層位置まで担持搬送された積層ベルト
３０上の材料層をヒータ３３との間で挟み込み、加熱、加圧（必要に応じて放熱ないし冷却）を行うことで、積層ベルト３０側からステージ３４側へと材料層を転写させる。１層目の材料層はステージ３４の上に直接転写され、２層目以降の材料層はステージ上の造形物の上に積み上げられていく。このように本実施例では、ヒータ３３とステージ３４によって、材料層を積層する積層手段が構成される。

（温度調整手段）
加熱手段である加熱ヒータ３７ａ，３７ｂは、積層後に積層ベルト３０上に残留した造形材料を除去するために、積層ベルト３０上に残留した造形材料の温度を調整するための機構である。
加熱ヒータ３７ａ，３７ｂは、積層ベルト３０のうちローラ３０２と２次転写対向ローラ３１の間に張架されたベルト部分を挟み込むように配置されている。そして、加熱ヒータ３７ａ，３７ｂは、積層工程より後の工程として、積層後に積層ベルト３０上に残留した造形材料を加熱（ＡＢＳの場合には１４０℃以上に加熱）して溶融する。

（クリーニング手段）
ウエブクリーニング手段５１は不織布からなるウエブを有し、積層位置よりも中間転写ベルト１１の回転方向下流側で、ウエブにより積層ベルト３０表面を擦ることで、積層ベルト３０上に残留した造形材料を除去するものである。
ウエブクリーニング手段５１は、一対のローラを有し、一対のローラのうち一方のローラにウエブが巻かれ、他方のローラにウエブの一端が固定されており、ウエブが積層ベルト３０表面に当接するように配置されている。
そして、積層ベルト３０表面との当接部でのウエブの速度が一定になるように、他方のローラを回転させながらウエブを巻き取ることで、積層ベルト３０上に残留した造形材料がウエブにより擦り取られ、積層ベルト３０表面から除去される。

［造形装置の動作］
次に、本実施例の造形装置の動作について説明する。
ここでは既に制御ユニットＵ１によるスライス形状データの生成処理は完了しているものとして、各層の材料層を形成するプロセスと、材料層を積層するプロセスを順に説明する。
（画像形成プロセス）
まず、制御ユニットＵ１により、画像形成部１０で静電方式により形成された材料層が、転写装置１０４ａによって中間転写ベルト１１上へと１次転写される。それぞれの画像形成部１０ａ，１０ｂで形成された２つの材料画像が中間転写ベルト１１上で位置合わせして転写され、構造材料とサポート材料からなる１層分の材料層が形成される。

（積層プロセス）
上記のように材料層の形成動作が行われている間、積層ベルト３０と中間転写ベルト１１は、接触した状態で、同じ速度で同期回転している。そして、中間転写ベルト１１に担持された材料層の前端が２次転写部Ｎに到達するタイミングに合わせて、制御ユニットＵ１が２次転写ローラ１１０に所定の転写電圧を印加し、材料層を積層ベルト３０へと転写させる。
積層ベルト３０上に転写された材料層は、積層ベルト３０の回転により、積層位置まで搬送される。積層ベルト３０上の材料層が積層位置に到達するタイミングで、制御ユニットＵ１は積層ベルト３０の回転駆動を停止し、材料層を積層位置に位置決めする。
その後、制御ユニットＵ１はステージ３４を上昇させ（積層ベルト３０の表面に近づけ）、ステージ表面（１層目の場合）又はステージ表面上に形成された造形物の上面（２層目以降の場合）を積層ベルト３０上の材料層に接触させる。

この状態のまま、制御ユニットＵ１は、所定の温度制御シーケンスにしたがって、ヒータ３３の温度を制御する。具体的には、最初に、第１の目標温度までヒータ３３を加熱する第１の温度制御モードを所定時間行って、材料層を構成する造形材料を熱溶融させる。これにより、材料層が軟化し、ステージ表面又は造形中の造形物上面と、シート状の材料層とが密着する。その後、第１の目標温度よりも低い第２の目標温度となるようにヒータ３３を制御する第２の温度制御モードを所定時間行い、軟化した材料層を固化させる。第２の温度制御モード終了後、制御ユニットＵ１はステージ３４を下降させる（積層ベルト３０から離間させる）。このようにして、１層分の材料層の積層が完了する。

ここで、温度制御シーケンス、目標温度、加熱時間などは、画像形成に用いられる造形材料の特性に応じて設定される。例えば、第１の温度制御モードにおける第１の目標温度は、画像形成に用いられる各造形材料の融点もしくはガラス転移点のうち最も高い温度よりも高い値に設定される。一方、第２の温度制御モードにおける第２の目標温度は、画像形成に用いられる各造形材料の結晶化温度もしくは非晶質材のガラス転移点のうち最も低い温度よりも低い値に設定される。
このような温度制御を行うことにより、異なる熱溶融特性をもつ複数種類の造形材料が混在した材料層の全体を共通の溶融温度領域で熱可塑化（軟化）させた後、共通の固化温度領域で材料層全体を固化させることができる。したがって、複数種類の造形材料が混在した材料層の溶融・固着を安定して行うことが可能になる。

なお、第１の温度制御モード及び第２の温度制御モードにおいては、温度の制御域が広過ぎると、温度制御を安定化させるのに時間がかかり、積層プロセス時間が必要以上にかかってしまう。それゆえ、第１の目標温度の制御域は、画像形成に用いられる各造形材料の融点もしくはガラス転移点のうち最も高い温度を下限温度とし、上限温度は下限温度の＋５０℃程度に設定するとよい。同じように、第２の目標温度の制御域は、画像形成に用いられる各造形材料の結晶化温度もしくは非晶質材のガラス転移点のうち最も低い温度を上限温度とし、下限温度は上限温度の−５０℃程度に設定するとよい。例えば、構造材料としてＡＢＳ（ガラス転移点：１３０℃）を用い、サポート材料としてマルトテトラオース（ガラス転移点：１５６℃）を用いた場合には、次のように設定すればよい。すなわち、第１の目標温度の制御域を下限１５０℃〜上限１９０℃とし、第２の目標温度の制御域を下限９０℃〜上限１３０℃にすればよい。

材料層の積層が終了した後は、積層ベルト３０上に残留した造形材料を除去するクリーニングプロセスの実行が開始される。
残留造形材料として積層ベルト３０上に固着したまま、積層ベルト３０とローラ３０２の接触領域を通過すると、加熱ヒータ３７ａ，３７ｂによって加熱（ＡＢＳとマルトテトラオースの場合には１６０℃以上に加熱）され溶融化される。
続いて、積層ベルト３０に当接しているウエブクリーニング手段５１によって擦り取られ、積層ベルト３０上から残留造形材料が除去される。
クリーニングプロセス終了後、次の材料層を形成するための画像形成プロセスの実行が開始される。

以上述べた画像形成プロセスと積層プロセスを必要回数繰り返すことで、ステージ３４上に所望の造形物が形成される。
最後に、ステージ３４から、作製した造形物を取り外し、温水などで水溶性のサポート体を除去することで、所望の造形対象物を得ることができる。サポート体を除去した後、造形対象物に対して表面処理や組立などの所定の処理を施すことにより、最終製品を得てもよい。

以上説明したように、本実施例では、積層ベルト３０を金属の基層３０ａと、絶縁性を
有する表層３０ｂの２層構成としている。
このように、基層３０ａを電気伝導性に優れた材料で構成し、この基層３０ａを電気的に接地することで、積層ベルト３０を２次転写部Ｎにおける２次転写ローラ１１０の対向電極として機能させることができる。そして、表層３０ｂを絶縁層とすることで、２次転写部Ｎでの放電の発生や転写性の低下を抑えることができる。これにより、２次転写部Ｎにおける材料層の転写を良好に行うことができる。したがって、本実施例によれば、２次転写部Ｎにおける中間転写ベルト１１から積層ベルト３０への材料層の転写性を向上させることが可能となる。
また、本実施例では、積層ベルト３０の基層３０ａを金属で形成している。このため、ベルト裏面側のヒータ３３からの熱を効率よく表層３０ｂ上にある材料層に伝えることができる。これにより、ヒータ３３における過剰加熱や加熱時間の増大を抑制することができる。

ここで、本実施例では、積層ベルト３０の基層３０ａを電気的に接地し、２次転写ローラ１１０に電圧を印加することで、中間転写ベルト１１から積層ベルト３０へ材料層を転写するものであったが、これに限るものではない。すなわち、中間転写ベルト１１から積層ベルト３０へ材料層を転写させるための電圧が２次転写部Ｎに印加されるものであればよく、例えば、２次転写対向ローラ３１に電圧を印加し、２次転写ローラ１１０を電気的に接地するように構成してもよい。また、２次転写ローラ１１０及び２次転写対向ローラ３１にそれぞれ電圧が印加されるものであってもよい。この場合には、２次転写ローラ１１０と２次転写対向ローラ３１との間に、中間転写ベルト１１から積層ベルト３０へ材料層を転写させるための電位差が形成されるように、それぞれのローラに電圧を印加するとよい。
また、本実施例では、積層ベルト３０の基層３０ａを金属で構成したが、これに限るものではなく、電気伝導性に優れた材料で構成されるものであればよい。また、第１の搬送体、第２の搬送体としてベルト状の部材を用いているが、これに限定されるものではなく、ドラム状の部材を用いても良い。

＜実施例２＞
図３は、本発明の実施例２に係る造形装置の全体構成を模式的に示す図である。
なお、本実施例においては、積層ユニット以外の構成は実施例１と同じなので、実施例１と異なる構成について説明し、実施例１と同様の構成についての説明は省略する。

上述した実施例１では、２次転写対向ローラ３１を２次転写ローラ１１０に対向当接させて、２次転写部Ｎを構成していたのに対し、本実施例では２次転写対向ローラ３１の代わりに、金属製で接地させたローラ３５を設けている。ここで、ローラ３５及びローラ３０１，３０２，３０３，３０４は張架部材に相当する。
ローラ３５は、２次転写ローラ１１０に対向当接しておらず、積層ベルト３０のうちローラ３５とローラ３０１で張架された部分が、中間転写ベルト１１を挟んで２次転写ローラ１１０と対向当接して２次転写部Ｎを構成している。
本実施例では、実施例１と同様に、積層ベルト３０の導電性の基層３０ａが、ローラ３５，３０３，３０４に接触することで接地状態となり、２次転写ローラ１１０の対向電極として機能することで、２次転写が行われる構成となっている。

本実施例によれば、実施例１のような２次転写対向ローラ３１を必ずしも設ける必要がないため、造形装置における構成設計の自由度を高めることができ、造形装置の小型化を図ることができる。
ここで、本実施例では、ローラ３５を設けているが、これに限るものではない。例えば積層ベルト３０をローラ３０１，３０２，３０３，３０４で張架する構成とし、ローラ３０１，３０２間で張架された部分が、中間転写ベルト１１を挟んで２次転写ローラ１１０
と対向当接することで２次転写部Ｎを構成するようにしてもよい。積層ユニットＵ３による熱の影響が、画像形成ユニットＵ２に及ばない範囲で、２次転写部Ｎの位置が設定されるものであればよい。

１…造形装置、１０…画像形成部、１１…中間転写ベルト、１３…電源、３０…積層ベルト、３０ａ…基層、３０ｂ…表層、３４…ステージ、１１０…２次転写ローラ

Claims (7)

1. ステージ上に造形材料からなる材料層を積層することによって３次元の立体物を形成する造形装置において、
   与えられた画像データに基づき、前記材料層を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部により形成された前記材料層を搬送する第１の搬送体と、
   前記第１の搬送体との間に形成されるニップ部で前記第１の搬送体から転写される前記材料層を前記ステージに向けて搬送する第２の搬送体と、
   前記第１の搬送体から前記第２の搬送体に前記材料層を転写するための電圧を前記ニップ部に印加する電圧印加手段と、
   を有し、
   前記第２の搬送体は、導電性を有する基層と、絶縁性を有する表層とを備える
   ことを特徴とする造形装置。
2. 前記基層が金属で形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
3. 前記ニップ部に、前記第１の搬送体を挟んで前記第２の搬送体に対向して配置された第１の部材を有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の造形装置。
4. 前記ニップ部に、前記第１の部材との間で前記第１の搬送体及び前記第２の搬送体を挟むように配置された第２の部材を有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の造形装置。
5. 前記第２の搬送体がベルト状の部材であって、前記第２の搬送体を張架する複数の張架部材を有し、
   前記ニップ部は、前記複数の張架部材のうち隣り合う２つの張架部材の間に張られた前記第２の搬送体と、前記第１の部材との間に設けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載の造形装置。
6. 前記電圧印加手段は、前記基層と前記第１の部材との間に電圧を印加する
   ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の造形装置。
7. 前記基層は、電気的に接地され、
   前記電圧印加手段は、前記第１の部材に電圧を印加する
   ことを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載の造形装置。

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