JP3415805B2 - シート積層式造形装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シートを積層して
立体物を造形する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シートを積層して立体物を造形する技術
が開発されている。この技術では、 （１）紙等のシートをそれまでに形成されているシート
積層体の上に重ねる。 （２）新たに積層されたシートを直下のシートに接着し
て一体化する。 （３）最上位シートを所望の輪郭に沿って切断する。 工程を繰返す。立体の最後の断面に至るまで上記工程を
繰返すと、シート積層体の中に所望形状の立体物が造形
されている。最終的に形成されたシート積層体から、シ
ート毎に切断されている輪郭の外部領域を除去すると、
所望形状の立体物が取り出される。

【０００３】上記技術を実施化するために二つのタイプ
のシート積層式造形装置が開発されている。一つのタイ
プでは、図５に示すように、ロールシート７１を用い
る。このタイプのシート積層式造形装置７０は、ロール
シート７１の貯蔵手段７８、シート積層体７５を載置す
る上下動台７４、新たに積層されるロールシート７１の
積層領域よりも前方領域に於いてそのロールシート７１
を巻取ることによってそのロールシート７１の未使用部
分をシート積層体７５上に送り込む巻取ローラ７３、新
たに積層された最上位シートを直下のシートに接着させ
る加圧加熱ローラ７６と上下動台７４からなる接着手
段、シート積層体７５上に送り出されたロールシート７
１を所望の輪郭（破線参照）に沿って切断する図示され
ていない切断手段、シート積層体７５上に送り出された
ロールシート７１を積層領域の輪郭（２点鎖線参照）に
沿って裁断する図示されていない裁断手段とを有する。
このタイプの積層式造形装置では、レーザとレーザの走
査装置によって切断手段や裁断手段が構成される。

【０００４】この装置７０は以下の動作を繰り返し実行
する。 （１）巻取ローラ７３によってロールシート７１の未使
用領域を積層領域に送り込む。 （２）加圧加熱ローラ７６を水平方向に移動し、加圧加
熱ローラ７６と上下動台７４間で加圧し、新たに積層さ
れた最上位シート（ロールシート７１の未使用領域）を
直下のシート（それまでのシート積層体７５の最上位シ
ート）に接着させる。 （３）図示されていないレーザが破線で示される所望輪
郭に沿って走査され、新たに積層・接着された最上位シ
ートを所望輪郭に沿って切断する。 （４）図示されていないレーザが２点鎖線で示される積
層領域の輪郭に沿って走査され、新たに積層・接着され
た最上位シートを積層領域に沿って裁断する。最終的に
形成されたシート積層体７５から、シート毎に切断され
ている輪郭の外部領域を除去すると、シート積層体７５
のなかから所望形状の立体物が取り出される。

【０００５】他の一つのタイプでは、予め所定サイズに
裁断されたカットシートを用いる。このタイプでは、ロ
ールシートタイプでは必要な（４）の工程が不要とな
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ロールシート７１を用
いるタイプでは、巻取ローラ７３によってロールシート
７１を積層領域に送り込むことから、図５に示すよう
に、積層領域に対応して窓状に裁断しなければならず、
ロールシート７１の幅一杯に広がる立体物を造形するこ
とができない。即ち、造形する立体物の幅よりも幅広の
ロールシート７１を使用しなければならない。このシー
ト積層式造形技術では極めて多くの枚数のシートを積層
することから、１枚あたりのシート量の無駄はわずかで
も、全体としては大きな無駄となる。

【０００７】カットシートを積層するタイプでは、シー
トサイズの幅一杯に広がる立体物を造形することがで
き、ロールシートタイプで発生する使用シート量の無駄
は生じない。しかしながら、シート積層体上に新たなカ
ットシートを送り出す様子を模式的に示す図６から明ら
かように、積層された最上位シートを輪郭に沿って切断
する必要があることから、シート送り出し手段（例えば
一対のローラ８０，８２）を積層領域内に設置すること
ができない。このために、シート送り出し手段は積層領
域の側方に置かざるを得ず、カットシートの積層方式で
は、カットシートが送り出し手段から離れた後に、所定
距離（図６の場合Dに示される）だけ惰性で進行して最
終積層位置に進む方式を取らざるを得ない。シート積層
式造形装置では、積層されたシート同士を接着して一体
化するために、予め表面に接着剤が塗布されたシートを
積層する。従ってシート表面の摩擦係数が高くなりがち
である。このために、惰性で進行するはずのものが摩擦
によって途中で停止してしまうことがおこりやすい。特
にカットシートが大型化してくるとこの問題が顕著とな
る。カットシートが適切な積層位置にまで進行しないう
ちに停止してしまうと、その後の積層が崩れたり、所望
形状の輪郭がシート外側にはみ出したりすることがおこ
る。これらは造形不良につながる。

【０００８】本発明は、従来装置の上記問題点、即ち、
ロールシート方式ではシート材料を無駄に消費する量が
増え、カットシート方式ではカットシートを積層位置に
まで確実に送ることができないと問題点を解決するべく
開発された。

【０００９】

【課題を解決するための手段と作用と効果】本発明のシ
ート積層式造形装置は、連続シートの貯蔵手段、シート
積層体を載置する上下動台、新たに積層される連続シー
トの積層領域よりも後方領域に於いてその連続シートを
シート積層体上に送り込む連続シート送り手段、連続シ
ートの送り量を検知する手段、所定距離だけシート積層
体上に送り出された連続シートを積層領域の後方線に沿
って裁断する手段、新たに積層された最上位シートを直
下のシートに接着させる手段、接着された最上位シート
を所望輪郭に沿って切断する手段とを有する。

【００１０】この装置によると、連続シートを後方領域
から積層領域に送り出す方式を用いることから巻取ロー
ラを用いる必要がなく、積層領域よりも幅広の連続シー
トを用いる必要がない。この結果、従来のロールシート
タイプの問題点であったシート材料が無駄に消費される
量が多いという問題点が解決される。さらに、シートを
シート積層体上に送り出す段階ではカットされておら
ず、連続シートを送ることから、送り出し手段（例えば
図６の一対のローラ８０，８２）が積層領域の側方にあ
っても、シートが積層位置に至るまで確実に送り出すこ
とができ、惰性に頼る必要がない。このために従来のカ
ットシート方式の問題点であったシートを積層位置にま
で確実に送ることができないという問題点が解決され
る。上記説明から明らかに、ここでいう連続シートと
は、積層領域を越えてさらにシート貯蔵領域側に伸びる
ものをいい、ロールシートに限られない。折り畳まれた
連続シートも含まれる。またシートの組成に格別の制約
はなく、例えば、紙シート、合成樹脂シート、金属シー
トが用いられる。

【００１１】この装置によると、シートサイズを有効に
使いながら、確実に積層してゆくことができ、大きな造
形物を長時間に亘って無人運転で造形するような場合
に、途中で造形不良となることを効果的に予防する。

【００１２】この発明のシート積層式造形装置では、シ
ート積層体と新たに積層されるシートとの間に気体を吹
き込む手段が付加されていることが好ましい。

【００１３】この装置によると、新たなシートを半ば浮
かせながらシート積層体上に送り込むことができ、積層
中に紙詰まり現象が起きることを効果的に予防すること
ができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】（形態１） 連続シートは、連続
シート送り装置から送り出される連続シートを積層領域
に誘導する誘導装置によって積層領域に誘導される。こ
の形態によると、連続シートを連続シート送り装置にセ
ットする作業がやりやすい。 （形態２） 裁断装置は、誘導装置の出口に設置されて
いる。この形態によると、連続シートは確実にきれいに
裁断される。 （形態３） 吹き込み装置は、誘導装置下面に設置さ
れ、連続シートの下面に気体が吹き込まれる。この形態
によって、紙詰まりの発生を防止しながら確実に積層す
ることができる。

【００１５】

【発明の実施例】図１は本発明を具現化した実施例に係
わる造形装置１の正面図、図２は図１のII方向からの側
面図、図３は図１のIII方向からの側面図を示してい
る。但しいずれもケース３２の内部を示している。ま
た、これらの図はロール状の連続シート２７が後述する
ロール貯蔵ホルダ２６に軸支された状態を示している。
なお、連続シート２７は片面（ロールの内側の面）に熱
可塑性樹脂を主成分とした接着剤が塗布されている。こ
の接着剤は常温では接着せず（だからロールから引き出
すことができる）、加熱されると接着する。

【００１６】この造形装置１は、下部ベース２１と、そ
の下部ベース２１上に固設させたケース３２と、そのケ
ース３２内に架設された上部ベース９を備え、これらが
造形装置１の固定構造を構成している。上部ベース９は
平面視したときに中央に大きな孔を持ち、全体としてロ
の字の形状をしている。

【００１７】最初に連続シート２７の貯蔵手段の構造に
ついて説明する。図１と２に示されているように、下部
ベース２１の上面にロール貯蔵ホルダ２６が固定されて
いる。ロール貯蔵ホルダ２６は図１での左右両側と上側
が開放された略コ字形状である。そしてその上端縁には
凹形状が設けられている。この凹形状は、ロール状の連
続シート２７の軸穴を貫通する支持軸２５を受け入れ
る。ロール状の連続シート２７は、滑らかに回転できる
ようにロール貯蔵ホルダ２６に収容される。ロール貯蔵
ホルダ２６内側面に連続シート２７の残量を検知するセ
ンサ（図示省略）が取り付けられている。

【００１８】次に連続シート２７を前述した貯蔵手段か
ら積層領域に送り込む連続シート送り手段の構造を説明
する。図１に示されるように、ケース３２に対してジョ
イント５７と６１によってシート送り装置２８が固定さ
れている。図２に示されるように、シート送り装置２８
はモータ３３を有し、モータ３３の軸にプーリ３４と、
図４に示される駆動ローラ５８が固定されている。シー
ト送り装置２８は駆動ローラ６０も有しており、駆動ロ
ーラ６０の軸には図２に示されるプーリ３６が固定され
ている。プーリ３６とプーリ３４にはベルト３５が差し
渡されている。図４に示される駆動ローラ５８と駆動ロ
ーラ６０は、連続シート２７の全幅に亘って伸びてい
る。また、図４に示すように、シート送り装置２８はシ
ート送り量を測定するエンコーダ４０を有する。エンコ
ーダ４０の軸にはシートの送り量を検知するための測定
ローラ５９が設けられている。測定ローラ５９は駆動ロ
ーラ５８と駆動ローラ６０との略中央高さに位置し、シ
ートの送りによって回転させられる。図４に良く示され
るように、駆動ローラ５８、６０、測定ローラ５９と向
い合って間に連続シート２７を挟むように、従動ローラ
４４、３７、４１がカバー３８に回転可能に支持されて
いる。これらの従動ローラ４４、３７、４１は、図２に
も示されている。従動ローラ４４は長さ方向に３つに分
割され、従動ローラ３７は２つに分割されている。上記
したローラ群は連続シート２７との間で滑らないよう
に、外周部にゴム材を用いている。カバー３８は、図２
に示されるように、ケース３２に固定された支持部材４
３に対して回動可能に支持されており、軸４２を軸とし
て矢印A（図４に示される）方向に回動可能である。シ
ート送り装置２８の下端近傍には、連続シート２７の有
無を検知するセンサ（図示省略）が設けられている。

【００１９】シート送り装置２８から送り出される連続
シート２７は、誘導装置２９によって後述する上下動台
１２上に誘導される。誘導装置２９は、図４に示される
ように、２枚の板材６２、６３を主構成としている。そ
の下端が前述したシート送り装置２８の端部に連続する
状態で、ジョイント５７を介してケース３２に固定され
ている。２枚の板材６２、６３間は連続シート２７を滑
らかに通すことができる間隔を有する。この誘導装置２
９は滑らかな曲率（Ｒ１００）を有しており、他端が略
水平方向に開口している。図４に良く示されるように、
略水平方向に開口している端部近傍には、後述する裁断
装置３１が位置し、また、後述する吹き込み装置３０が
固定されている。

【００２０】裁断手段の構造について図３、４を用いて
説明する。裁断装置３１は、連続シート２７を幅方向に
裁断する裁断用カッター５３を有する。図３に示される
ように、裁断装置３１は、連続シート２７の幅方向に延
びる送りネジ５５とその送りネジ５５を回転させるモー
タ５４を有する。送りネジ５５と平行に、図４に示すガ
イド軸６５が伸びている。裁断用カッター５３はブロッ
ク５６に固定されている。ブロック５６は、ガイド軸６
５に対してスライド可能であり、送りネジ５５に対して
３つの転動体６６、６７、６８を介してネジ結合されて
いる。モータ５４が回転して送りネジ５５が回転する
と、ブロック５６はガイド軸６５によって回り止めされ
ているので、ブロック５６は連続シート２７の幅方向に
移動する。この結果、裁断用カッター５３は連続シート
２７を幅方向に直線的に裁断する。裁断用カッター５３
はモータ５４の回転方向に応じて、図３において右進し
たり左進し、いずれの方向に進むときも、連続シート２
７を幅方向に裁断する。後記するところから明らかなよ
うに、裁断用カッター５３で幅方向に裁断された線が、
シート積層体１１の積層領域の後方側の境界線となる。

【００２１】次に、シート積層体１１を載置する上下動
台の構造について、図１と３を用いて説明する。上下動
台となるテーブル１２はシート積層体１１を載置可能な
面積を持つ。テーブル１２は４本の脚１３を有してお
り、テーブル支持台２２に固定されている。テーブル支
持台２２には、対角線上に２箇所、ボールネジナット１
７が固定されている。ボールネジナット１７はボールネ
ジ１０と螺合している。ボールネジ１０は下部ベース２
１とケース３２に固定されている支持部４８によって回
転可能に支持されている。そして２つのボールネジ１０
にはそれぞれプーリ１９と４９が同じ高さに設けられて
おり、両者間にベルト２０が差し渡されている。プーリ
１９が設けられた一方のボールネジ１０にはプーリ１８
も設けられている。プーリ１８は同じ高さに設けられた
プーリ１５とベルト１６を介して連結されている。プー
リ１５はケース３２に固定されたモータ１４の軸に固定
されている。また、テーブル支持台２２には、ボールネ
ジナット１７が設けられていないもう一組の対角線上に
２箇所、ガイドポスト２３が設けられている。ガイドポ
スト２３はケース３２に固定されているガイドレール２
４と摺動可能に係合している。テーブル支持台２２とテ
ーブル１２は、モータ１４の回転によって、水平を保っ
た状態で上下方向に自由に移動することができる。

【００２２】吹き込み手段の構造について説明する。図
４に示されるように、吹出手段はファン内蔵する吹き込
み装置３０から構成されている。吹き込み装置３０は誘
導装置２９の下面に固定されている。吹き込み装置３０
の下部には空気取入口が設けられ、左部（誘導装置２９
の開口端側）には吹出口が設けられている。空気は、矢
印６４に示すように流れ、シート積層体１１上に新たに
積層されるシートの下面に吹き込まれる。ファン機構を
用いるために、コンプレッサ等を使用する場合よりも、
吹き込み装置３０を小型化することができる。

【００２３】続いてテーブル１２上に載置されるシート
積層体１１を上部から加圧加熱する手段の構造について
説明する。加圧加熱板２は水平に伸びた状態でケース３
２に固定されている。加圧加熱板２は、テーブル１２が
上動してシート積層体１１を介して押上げる力に抵抗で
きるだけの充分な強度を有し、充分な強度をもってケー
ス３２に固定されている。加圧加熱板２の内部にはヒー
タ（図示省略）と温度センサ（図示省略）が設けられて
いる。固定された加圧加熱板２の底面とテーブル１２の
上面との間で、シート積層体１１を加熱しながら加圧で
きる構造となっている。

【００２４】次に、所望の輪郭線に沿ってシート積層体
１１の最上位に位置する１枚のシートを切断する切断手
段と、その切断線を指示する指示手段について説明す
る。切断手段はＸＹプロッタ６を有する。ＸＹプロッタ
６は、中心に大きな開口を持つ上部フレーム９に固定さ
れたＸＹ枠３と、そのＸＹ枠３のＸ軸方向に伸びる２辺
間に差し渡されてＹ軸方向に伸びるとともに、Ｘ軸方向
に平行移動可能なビーム４と、そのビーム４に沿ってＹ
軸方向に移動可能なヘッド５を有し、ヘッド５がＸＹ方
向に自由に移動できる構造となっている。ヘッド５は下
端に切断用カッター７を備え、切断用カッター７はヘッ
ド５によって上下動可能となっている。切断用カッター
７は、シート上面に接する平坦部とその平坦部から下方
に１枚のシートの厚み分だけ伸びるエッジとを持ち、下
動した状態でＸＹ方向に移動することで、１枚のシート
のみを移動軌跡に沿って切断する。

【００２５】このシート積層式造形装置１は、コンピュ
ータシステムを主体とする制御装置を内蔵している。こ
の制御装置は、入力部、記憶部、データ処理部、制御部
を有する。入力部は、ＣＡＤシステムから通信回線を介
して送信されるデータや記録媒体に記録されたデータを
入力する。また、操作盤８から入力される、造形装置の
作動開始信号や一時停止信号等を初め、各種設定条件
（シート厚、造形速度、加圧力、加熱温度等）を示すデ
ータを入力する。記憶部は、入力したデータや造形に使
用した連続シート２７の送り量のデータを格納するＲＡ
Ｍを有する。データ処理部は、入力したデータ（三次元
形状記述している）を高さ方向に一定間隔でスライスし
た各断面の二次元形状情報（輪郭情報）に変換する。変
換された二次元形状情報は後述する制御部に出力され
る。また、データ処理部には、入力したデータの情報か
ら造形に必要な連続シート２７の残量を計算するプログ
ラムが格納されている。そして、造形を完了させるに必
要な連続シート２７の残量と、検知された残量とから、
その残量で造形を完了可能か判別するプログラムも格納
されている。制御部にはシート積層式造形装置１を作動
させるプログラムが格納されている。制御部は格納され
ている造形装置作動プログラムとデータ処理部から入力
したデータとに基づいて、シート送り装置２８の運転停
止や、裁断装置３１の運転停止や、上下動台１２の上下
動や、加熱加圧板２の温度や、ＸＹプロッタ６の作動
や、ヘッド５の上下動を制御し、必要な報知作動の制御
を行う。操作盤８には、シート積層式造形装置１の各種
状態や異常を報知するランプが設けられている。

【００２６】次に、上記のシート積層式造形装置１を作
動させたときの作用を説明する。最初に造形作動前準備
に関して説明する。最初に、図１、２に示されるよう
に、ロール状に巻かれた連続シート２７をロール貯蔵ホ
ルダ２６に設置する。このとき連続シート２７の支持軸
２５がロール貯蔵ホルダ２６の凹形状部に軸支される。
次に、連続シート２７先端をシート送り装置２８の下端
から駆動ローラ６０に接触するまで挿入する。すると前
述したように、シート送り装置２８の下端近傍に設けら
れているセンサによって、挿入された連続シート２７の
存在が検知され、検知信号が制御装置に出力され、制御
装置からモータ３３に駆動信号が出力される。その結
果、モータ３３が回転をはじめ、図４に良く示されてい
る駆動ローラ５８と駆動ローラ６０が回転する。従っ
て、挿入された連続シート２７が誘導装置２９内を送り
込まれる。このとき、連続シート２７の送りに追動して
測定ローラ５９が回転することによって、エンコーダ４
０が連続シート２７の送り量を測定する。連続シート２
７の先端が、裁断装置３１の裁断用カッター５３の裁断
位置に達するまで、ロール状に巻かれている連続シート
２７が引き出されながら送り出される。一方、操作盤８
に設けられた入力スイッチによって、造形に関する各種
条件（シート厚、造形速度、加圧力、加熱温度等）を入
力する。

【００２７】以上の作用によって、造形作動前準備が完
了する。このとき、図３に良く示されるように、裁断装
置３１のブロック５６は送りネジ５５の端部近傍で停止
している。この端部近傍位置が所定の位置であり、この
所定位置（送りネジ５５の両端にある）では、上下動す
るテーブル１２とシート積層体１１が裁断装置３１に接
触しない。

【００２８】操作者が操作盤８に設けられた作動スイッ
チ（図示省略）をオン操作して造形装置１を作動させ
る。すると加圧加熱板２のヒータに通電され、加圧加熱
板２の予熱を開始する。

【００２９】加圧加熱板２が所定温度まで昇温される
と、制御装置が造形作動プログラムに従ってモータ１４
の回転を制御することによって、テーブル１２の上下動
を制御する。最初は、テーブル１２の上面が裁断用カッ
ター５３の下端から５ｍｍ程度下方の高さに位置させ
る。また、制御装置から造形開始信号（送出開始信号を
含む）がシート送り装置２８に出力される。その結果、
モータ３３が回転して駆動ローラ５８と駆動ローラ６０
が回転する。この結果連続シート２７がシート送り装置
２８によって送り出され、送り出された連続シート２７
は誘導装置２９によって誘導されて、テーブル１２の上
面上に送り出される。このとき、連続シート２７がシー
ト送り装置２８によって拘束された状態で送り出され
る。即ちカットシートの場合のように、シートが送り出
し装置から離れたあとに惰性で進行することでシートが
テーブル１２上で位置決めされるのではなく、最終的な
積層位置に至るまで、シート送り装置２８に拘束された
状態で送り出される。このために、テーブル１２の上面
上に送り出す間にシートとテーブル間で引っかかりが生
じても、さらに連続シートが送り込まれるうちにその引
っかかりが解消し、シート送り装置２８によって確実に
テーブル１２上面の所定位置にまで連続シートを送り込
むことができる。このとき、吹き込み装置３０に内蔵さ
れているファンが回転して、図４に良く示されているよ
うに、矢印６４に沿って風が送り込まれているために、
テーブル１２の上面と新たに積層される連続シート２７
の下面間に気体が吹付まれ、連続シート２７を半ば浮か
びながらテーブル１２上に送り込まれる。以上の結果、
連続シート２７の先端が常にテーブル１２上面の所定位
置となるまで送り込まれる。このとき、シート送り装置
２８は、所定の距離（エンコーダ４０が送り量を測定し
ている）だけ連続シート２７を送り出す。

【００３０】連続シート２７が所定の距離だけ送り出さ
れ、連続シート２７の先端が所定位置に位置して連続シ
ート２７がテーブル１２に載置されると、モータ３３は
停止され、モータ５４が回転を開始する。即ち、連続シ
ート２７が所定の距離だけ送り出された時に送り出しが
停止され、その送り出しが停止された状態でモータ５４
が回転を開始する。モータ５４の回転に従って、所定位
置（図３中送りネジ５５右端近傍）にあった裁断装置３
１が、送りネジ５５のもう一端側の所定位置（図３中の
左端近傍）に移動する。裁断装置３１には裁断用カッタ
ー５３が設けられているので、裁断装置３１が連続シー
ト２７の幅方向に移動することによって、テーブル１２
に載置されている連続シート２７をシート送り装置２８
のローラ群により保持されている連続シート２７から裁
断する。

【００３１】連続シート２７が裁断装置３１に裁断され
ると、制御装置が造形作動プログラムに従ってモータ１
４の回転を制御することにより、テーブル１２の上下動
を制御し、裁断された連続シート２７（以下、「裁断さ
れた連続シート２７」を「シート」という）が加圧加熱
板２に当接するまでテーブル１２を上動させる。モータ
１４はトルクと電流が比例するタイプであり、シートが
加圧加熱板２に当接すると通電電流が増大する。所定電
流にまで上昇したあと一定時間だけその電流値に維持さ
れ、その後にモータ１４は逆転される。この結果、シー
トとテーブル１２上面が一定時間だけ所定加圧力で押圧
された後にテーブル１２が下降する。シートが加圧加熱
板２とテーブル１２によって加圧加熱されて、シートは
テーブル１２に接着させられる（シートのテーブル１２
面に接する片面のみに接着剤が塗布されているので、シ
ートは加圧加熱板２には接着しない）。

【００３２】シートがテーブル１２に接着させられる
と、モータ１４によりテーブル１２が下動させられる。
テーブル１２が切断手段のＸＹプロッタ６による切断位
置（テーブル１２の上面の高さ、即ちテーブル１２に接
着されたシートの下面が、ＸＹ枠３の上面高さに一致す
る高さ）に達すると、モータ１４の回転は停止してテー
ブル１２の高さが保持される。テーブル１２が保持され
ると、制御装置に制御されてビーム４及びヘッド５が移
動を開始し、シートの切断を開始する。シートを切断し
ているときは、切断用カッター７のエッジ下端がＸＹ枠
３の上面高さ（切断するシートの下面位置に相当）を移
動するので、１枚のシートのみを切断させることができ
る。また、所望の形状の立体物の断面形状によっては断
続的に切断する必要がある。そのような場合、非切断部
を切断用カッター７が移動するときには、ヘッド５が切
断用カッター７を上動させる。従ってシートを切断させ
ることなく切断用カッター７を移動させることができ
る。切断用カッター７の移動軌跡は、予めＣＡＤシステ
ムや記録媒体から入力部を介して入力されて記憶部のＲ
ＡＭに格納されたデータに基づいて制御される。切断手
段による切断工程では、シートを所望の輪郭に沿って切
断する以外に、シート積層体１１から造形した所望の立
体物を取り出し易くするために、輪郭の外側のシートを
格子状に切断しておく。

【００３３】シートを所望の形状に切断後、制御装置が
造形作動プログラムに従ってモータ１４の回転を制御す
ることによりテーブル１２の上下動を制御して、シート
の上面を裁断用カッター５３下端から５ｍｍ程度下方の
高さ（連続シート２７がシート送り装置２８に送り出さ
れて、テーブル１２に最初に載置されたテーブル１２の
高さとなる位置）に位置させる。従ってこのとき、テー
ブル１２の上面の高さは、上記裁断用カッター５３下端
から５ｍｍ程度下方の高さから、シートの厚さ１枚分
（シート厚入力時に予め設定済み）だけ低い高さで保持
されている。

【００３４】上記高さでテーブル１２が保持されると、
再び送出開始信号がシート送り装置２８に出力され、以
下、前述した連続シート２７の搬送、裁断、加圧、加
熱、切断の一連の工程が繰返され、次々とシートを積層
していく。

【００３５】前述した説明においては、シートをテーブ
ル１２の上面に接着させている。しかし、シートをテー
ブル１２に接着させた後の、繰返される一連の工程で
は、新たに裁断装置３１に裁断されたシートは、既に積
層されているシート積層体１１（繰返しシートが積層さ
れたもの）の最上部に接着される。また、前述した説明
においては、テーブル１２に接着されたシートの下面の
高さの位置（テーブル１２の上面の高さ）を切断用カッ
ター７の切断時位置（ＸＹ枠３の上面高さ）に合わせ
て、テーブル１２の高さを保持させている。従って、シ
ートをテーブル１２に接着させた後の、繰返される一連
の工程では、最新の搬送、裁断、加圧、加熱されたシー
ト下面の高さを、その都度テーブル１２の高さを制御装
置による補正を行い、切断用カッター７の切断時位置に
合わせて、テーブル１２の高さを保持している。このと
き、予め設定されたシート厚と接着枚数により、制御装
置の演算に基づいて、テーブル１２の高さは制御されて
いる。従って、常に最上部の１枚のシート（最新の搬
送、裁断、加圧、加熱されたもの）のみを切断させるこ
とができる。

【００３６】なお、本実施形態の造形装置１には、前述
したように、ロール貯蔵ホルダ２６内面にシート残量を
検知するセンサ（図示省略）が取り付けられている。従
って、予めＣＡＤシステムや記録媒体から入力されたデ
ータと、既に造形に使用した連続シート２７の送り量と
から、造形を完了させるに必要な連続シート２７の量を
逐次計算している。そして、その造形を完了させるに必
要な連続シート２７の量と、ロール貯蔵ホルダ２６内面
に取り付けられているセンサにより検知された連続シー
ト２７の残量とから、その連続シート２７の残量で造形
を完了可能か判別している。その結果、造形を完了させ
るにはロール貯蔵ホルダ２６内の連続シート２７の残量
が足りないことが、造形作動中に制御装置のデータ処理
部の演算により確定したら、報知ランプ（図示省略）を
作動させる。

【００３７】前述のように報知ランプが作動したら、操
作者が操作盤８に設けられた作動スイッチ（図示省略）
を操作して、造形装置１の作動を一時停止させる。制御
装置が一時停止信号を受信すると、受信後最初の切断手
段による切断工程が終了後、制御装置がモータ１４の回
転を制御することによりシートの最上面を裁断用カッタ
ー５３下端から５ｍｍ程度下方の高さに位置させる。こ
のとき、制御装置から造形一時停止信号がシート送り装
置２８に出力される。その結果、モータ３３が逆回転し
て誘導装置２９内にある連続シート２７をシート送り装
置２８の下端へ引き戻し、連続シート２７先端がシート
送り装置２８から引き出される。この状態で造形装置１
は一時停止状態になる。このとき、裁断装置３１は送り
ネジ５５右端近傍（所定位置）又は送りネジ５５左端近
傍（所定位置）に停止している。なお、一時停止状態に
おいては、加圧加熱板２は所定温度を維持している。

【００３８】それまで造形に使用していた連続シート２
７をロール貯蔵ホルダ２６から取り除き、新たな連続シ
ート２７をロール貯蔵ホルダ２６に設置する。再び、操
作者が連続シート２７先端をシート送り装置２８の下端
から駆動ローラ６０に接触するまで挿入する。すると前
述したように、挿入された連続シート２７の先端が、裁
断装置３１の裁断用カッター５３の裁断位置に達するま
で、ロール状に巻かれている連続シート２７から引き出
されながら送り出される。

【００３９】操作者が操作盤８に設けられた作動スイッ
チ（図示省略）の操作を行い、造形装置１の一時停止状
態を解除して、再び造形装置１を作動させる。一時停止
状態時から、シートの最上面の高さが裁断用カッター５
３下端から５ｍｍ程度下方の高さに位置している。再び
送出開始信号がシート送り装置２８に出力され、以下前
述した連続シート２７の搬送、裁断、加圧、加熱、切断
の一連の工程が繰返され（繰返し回数は制御装置の記憶
部のＲＡＭに次々と書換えられていく）、次々とシート
を積層してシート積層体１１を造形していく。

【００４０】予めＣＡＤシステムや記録媒体から入力さ
れたデータに基づいた立体物（シート積層体１１内に存
在）の造形が完了すると、制御装置から造形終了信号
（送出停止信号を含む）がシート送り装置２８に出力さ
れる。その結果、モータ３３が停止して駆動ローラ５８
と駆動ローラ６０が停止する。

【００４１】シート送り装置２８が停止し、裁断装置３
１が所定位置に移動すると、制御装置が造形作動プログ
ラムに従ってモータ１４の回転を制御することにより、
テーブル支持台２２が最下端位置に達するまで、テーブ
ル１２を下動させる。

【００４２】造形が完了した立体物をテーブル１２から
取り出す。このとき、所望の立体物は周囲を不要なシー
ト積層体に包まれている。しかし、所望の形状の輪郭の
外側にある不要なシート積層体は、切断手段によって格
子状に切断してあるので、所望の立体物の周囲にあるブ
ロック状になった不要なシート積層体を容易に取り除く
ことができる。

【００４３】操作者が操作盤８に設けられた作動スイッ
チ（図示省略）をオフ操作して、造形装置１を完全停止
させる。加圧加熱板２のヒータへの通電が遮断され、加
圧加熱板２が自然冷却される。

【００４４】なお、切断用カッターを用いた形態の切断
手段は、種々のエッジの種類の切断用カッターを予め準
備すれば良く、シートの切断深さの調整が容易である。
その結果、種々の厚さのシートを使用しても、常に最上
部にある１枚のシートのみを切断することができる。従
って、切断用カッターを取替えることによって、種々の
厚さのシートを使用して立体物を造形することが可能で
ある。このことはとりもなおさず、所望の立体物の造形
に対して要求される精密さや造形速度を鑑みて、造形条
件を種々に設定することが可能であることを意味する。
また、本実施形態において用いた切断用カッター７は比
較的廉価に手に入り、また、除塵設備を整える必要や火
災の発生の危険が無いタイプのものである。しかし、本
実施形態において用いた切断用カッターの種類に限定さ
れるものではなく、他に超音波カッタやレーザカッタ等
をもって切断手段を構成することができる。

【００４５】切断用カッター７による切断により、シー
ト積層体１１の切断個所の両側に盛り上がりが形成され
てしまうこともあり得る。しかしその盛り上がりは次に
積層されるシートの圧着により完全に潰される。又は接
着剤層（図示省略）の厚みに吸収される。従って、積層
するシートの各切断部の盛り上がりは積層する毎に平坦
に成形されるため、盛り上がりによる積層誤差はシート
積層体１１において排除されている。更に、この加圧加
熱工程にあっては、接着剤を溶融し、シート積層体１１
を加圧すれば積層接着され、その後に特別の処理を要し
ないため、通常のオフィス内で造形作業を実施すること
ができる。

【００４６】本実施形態において用いたシートは、予め
接着剤が塗布されたものを用いているが、それに限られ
ない。例えば、シート送り装置２８や誘導装置２９に接
着剤塗布装置を設けて、接着剤が塗布されていないシー
トに対して搬送中に接着剤を塗布する形態としても良
い。

【００４７】本実施形態では、滑らかな曲率（Ｒ１０
０）を介して略鉛直方向と略水平方向に開口している誘
導装置２９を用いているが、それに限られない。シート
送り装置２８のシート進行方向を水平方向として直線状
の板材を用いても良いし、また、誘導装置２９を用いず
に直接、シート送り装置２８近傍に裁断装置３１を設け
る形態としても良い。

【００４８】本実施形態の造形装置１は、加圧加熱板２
がシートを加熱すると共に、その加圧加熱板２と上下動
台とがシートとシート積層体１１を押圧することによ
り、シートをシート積層体１１に接着する形態を有して
いるが、それに限られない。接着剤を変更して、加熱せ
ずに圧着によって、シートをシート積層体１１に接着す
る形態としても良い。

【００４９】本発明の造形装置は、あらゆる物体の模
型、あるいはひな形、さらには製品そのものを造形する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態で用いた造形装置の正面断面図。

【図２】図１中II方向からの本実施形態で用いた造形装
置の側面図。

【図３】図１中III方向からの本実施形態で用いた造形
装置の側面図。

【図４】連続シート送り手段等の拡大図。

【図５】従来の造形装置を示した図。

【図６】従来の造形装置を示した図。

【符号の説明】

１ ・・造形装置 ２ ・・加圧加熱板 ６ ・・ＸＹプロッタ ７ ・・切断カッター １０・・ボールネジ １２・・テーブル １７・・ボールネジナット ２６・・ロール貯蔵ホルダ ２８・・シート送り装置 ２９・・誘導装置 ３０・・吹き込み装置 ３１・・裁断装置

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−190929（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−318575（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−16088（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−216290（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−23161（ＪＰ，Ａ) 米国特許5425693（ＵＳ，Ａ) 米国特許5912204（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B31B 1/00 - 49/04 B31C 1/00 - 13/00 B31D 1/00 - 5/04 B29C 63/00 - 73/34 B29D 1/00 - 31/02 B32B 1/00 - 35/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続シートの貯蔵手段、シート積層体を
   載置する上下動台、新たに積層される連続シートの積層
   領域よりも後方領域に於いてその連続シートをシート積
   層体上に送り込む連続シート送り手段、連続シートの送
   り量を検知する手段、所定距離だけシート積層体上に送
   り出された連続シートを積層領域の後方線に沿って裁断
   する手段、新たに積層された最上位シートを直下のシー
   トに接着させる手段、接着された最上位シートを所望輪
   郭に沿って切断する手段とを有するシート積層式造形装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の造形装置であり、シー
   ト積層体と新たに積層されるシートとの間に気体を吹込
   む手段が付加されたシート積層式造形装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の造形装置であ
   り、 連続シートの、シート積層体上に送り出されたときにそ
   のシート積層体側を向く面に、常温では接着機能を発揮
   しないとともに加熱すると接着機能を発揮する接着剤が
   塗布されており、 前記接着手段は、新たに積層された最上位シートを加熱
   することによって、その最上位シートを直下のシートに
   接着させるシート積層式造形装置。