JP5096265B2

JP5096265B2 - 三次元造形機

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Publication number: JP5096265B2
Application number: JP2008221087A
Authority: JP
Inventors: 英司青木
Original assignee: Nagano Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Nagano Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2028-08-29
Also published as: JP2010052330A

Description

本発明は、造形用材料を造形テーブルに射出する射出ヘッドを有するキャリッジ機構とこの射出ヘッドを造形テーブルに対して相対移動させる移動機構を備える三次元造形機に関する。

従来、造形テーブルに造形用材料を射出する射出ヘッド及びこの射出ヘッドを造形テーブルに対してＸ方向，Ｙ方向及びＺ方向に相対移動させる移動機構を備える三次元造形機としては、特許文献１で開示される三次元造形装置が知られている。

同文献１で開示される三次元造形装置は、制御部，この制御部にそれぞれ電気的に接続されたバインダ付与部，造形部，粉末供給部，粉末拡散部及び赤外線ランプを備えており、特に、制御部は、コンピュータとこのコンピュータに電気的に接続された駆動制御部を備えるとともに、この駆動制御部は、さらに、バインダ（造形用材料）を射出するノズルヘッドを水平ＸＹ平面で移動させるＸＹ方向移動部及びＸＹ方向移動部を駆動する駆動部を備えている。また、粉末拡散部は、粉末供給部から供給される粉末（造形用材料）を拡散させるブレード，このブレードの動作を規制するガイドレール及び当該ブレードを移動させる駆動部を備えている。
特開２００１−３３４５８０号公報

しかし、上述した三次元造形装置をはじめ、従来の三次元造形機は一般に次のような解決すべき課題が存在した。

第一に、上述した三次元造形装置では、粉末供給部から供給される粉末（造形用材料）を拡散させるブレードを備えているが、通常、三次元造形機では、造形テーブルに供給された造形用材料を整えるクリーニング機構を備えている。この場合、ブレード等を垂直方向（Ｚ方向）に昇降させる垂直駆動部やブレード等を水平方向（Ｘ方向）に往復移動させる水平駆動部を有する独立した駆動系を必要とし、当該駆動系の大幅なコストアップを招いてしまうとともに、当該駆動系全体の大型化（占有スペースの拡大）が無視できないなど、低コスト化及び小型コンパクト化を図る観点から更なる改善の余地があった。

第二に、上述した三次元造形装置では、ノズルヘッドを水平ＸＹ平面で移動させるＸＹ方向移動部及びＸＹ方向移動部を駆動する駆動部を備えているが、通常、三次元造形機では、造形テーブルに対して射出ヘッドをＸ方向に相対移動させるＸ方向移動機構及び射出ヘッドを含むＸ方向移動機構をＹ方向に相対移動させるＹ方向移動機構を備えている。この場合、Ｙ方向移動機構は、駆動モータ等を含む重量の大きいＸ方向移動機構全体を移動させる必要があり、応答性及び制御性の低下，重量の二乗で増加する振動（Ｍ／Ｃ振動）の発生，制御精度の低下及び消費電力の増加を招くなど、これらの問題を解決する観点からも更なる改善の余地があった。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した三次元造形機の提供を目的とするものである。

本発明は、上述した課題を解決するため、造形用材料Ｒを造形テーブル２に射出する射出ヘッド３を有するキャリッジ機構Ｍｃと、造形テーブル２に対して射出ヘッド３をＸ方向に相対移動させるＸ方向移動機構Ｍｘと、造形テーブル２に対して射出ヘッド３をＹ方向に相対移動させるＹ方向移動機構Ｍｙと、射出ヘッド３に対して造形テーブル２をＺ方向に相対移動させるＺ方向移動機構Ｍｚとを備えてなる三次元造形機１を構成するに際して、キャリッジ機構Ｍｃに造形テーブル２に射出された造形用材料Ｒをクリーニングするクリーニングローラ４を設けるとともに、Ｙ方向移動機構ＭｙのＹ方向移動量を回転移動量に変換する移動量変換部５及び回転移動量をクリーニングローラ４に伝達して当該クリーニングローラ４を回転させる移動量伝達部６を有するクリーニングローラ駆動機構Ｍｒを設けたことを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、造形用材料Ｒには、三次元造形物Ａを造形する造形材Ｒａ及び三次元造形物Ａ以外の空間を埋めるサポート材Ｒｓが含まれる。一方、Ｘ方向移動機構Ｍｘは、キャリッジ機構Ｍｃに対して別体に設けたＸ方向駆動部１１及びこのＸ方向駆動部１１の移動量をキャリッジ機構Ｍｃの射出ヘッド３に伝達するＸ方向伝達部１２を備えて構成できる。この際、Ｘ方向駆動部１１は、Ｘ方向回転駆動部１３と、このＸ方向回転駆動部１３により回転し、かつ周方向規制部１４ｃを有するＹ方向に沿ったガイドシャフト１４を備えて構成できるとともに、Ｘ方向伝達部１２は、ガイドシャフト１４が挿通し、かつ軸方向（Ｙ方向）にスライド自在かつ周方向規制部１４ｃにより周方向に規制される第一伝達ギア１５と、この第一伝達ギア１５の回転を射出ヘッド３を支持するタイミングベルト１６を架け渡した一方のプーリ１７に伝達する第二伝達ギア１８を備えて構成できる。他方、移動量変換部５は、キャリッジ機構ＭｃをＹ方向に移動させる一対のプーリ１９，２０間に架け渡したタイミングベルト２１の歯部２１ｃに噛合する変換ギア（第一変換ギア）２２を備えて構成できるとともに、移動量伝達部６は、第一変換ギア２２に噛合して回転方向を変換する第二変換ギア２３を備えて構成できる。

このような構成を有する本発明に係る三次元造形機１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１）キャリッジ機構Ｍｃに造形テーブル２に射出された造形用材料Ｒをクリーニングするクリーニングローラ４を設けるとともに、Ｙ方向移動機構ＭｙのＹ方向移動量を回転移動量に変換する移動量変換部５及び回転移動量をクリーニングローラ４に伝達して当該クリーニングローラ４を回転させる移動量伝達部６を有するクリーニングローラ駆動機構Ｍｒを設けたため、クリーニングローラ４を回転させる独立した駆動系が不要となり、駆動系の大幅なコストダウンを図れるとともに、当該駆動系全体の小型コンパクト化（占有スペースの縮小）を図れる。したがって、机等の上に載置できる卓上型の三次元造形機１を容易に実現することができる。

（２）好適な態様により、Ｘ方向移動機構Ｍｘを、キャリッジ機構Ｍｃに対して別体に設けたＸ方向駆動部１１及びこのＸ方向駆動部１１の移動量をキャリッジ機構Ｍｃの射出ヘッド３に伝達する伝達部１２を備えて構成すれば、Ｘ方向移動機構Ｍｘにおける移動部分の小型軽量化を実現できる。したがって、応答性（制御性）の向上，重量の二乗で増加する振動（Ｍ／Ｃ振動）の低減，制御の高精度化及び消費電力の低減などを図ることができる。

（３）好適な態様により、Ｘ方向駆動部１１を、Ｘ方向回転駆動部１３と、このＸ方向回転駆動部１３により回転し、かつ周方向規制部１４ｃを有するＹ方向に沿ったガイドシャフト１４を備えて構成するとともに、Ｘ方向伝達部１２を、ガイドシャフト１４が挿通し、かつ軸方向（Ｙ方向）にスライド自在かつ周方向規制部１４ｃにより周方向に規制される第一伝達ギア１５と、この第一伝達ギア１５の回転を射出ヘッド３を支持するタイミングベルト１６を架け渡した一方のプーリ１７に伝達する第二伝達ギア１８を備えて構成すれば、制御時の応答性及び制御性の向上を図れるＸ方向移動機構Ｍｘを容易かつ確実に実現できるとともに、特に、第二伝達ギア１８を介在させることにより射出ヘッド３の移動方向及び移動速度を容易に設定することができる。

（４）好適な態様により、移動量変換部５を、キャリッジ機構ＭｃをＹ方向に移動させる一対のプーリ１９，２０間に架け渡したタイミングベルト２１の歯部２１ｃに噛合する変換ギア（第一変換ギア）２２を備えて構成するとともに、移動量伝達部６を、第一変換ギア２２に噛合して回転方向を変換する第二変換ギア２３を備えて構成すれば、クリーニングローラ４を回転させる独立した駆動系を不要とするクリーニングローラ駆動機構Ｍｒを容易かつ確実に実現できるとともに、特に、第二変換ギア２３を介在させることによりクリーニングローラ４の回転方向及び回転速度を容易に設定することができる。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る三次元造形機１の構成について、図１〜図７を参照して具体的に説明する。

図７に、本実施形態に係る三次元造形機１の外観構成を示す。三次元造形機１は、全体がハウジング７０により覆われており、大きさは机等の上に載置できるように卓上型として構成する。なお、７１は開閉扉、７２は電源スイッチを示す。また、ハウジング７０の内部には、図１に示す三次元造形機１の要部構成を備えるとともに、造形機制御部７５を備える。

次に、三次元造形機１の要部構成について説明する。図１において、Ｍｃはキャリッジ機構、ＭｘはＸ方向移動機構、ＭｙはＹ方向移動機構、ＭｚはＺ方向移動機構をそれぞれ示す。キャリッジ機構Ｍｃは、キャリッジフレーム３１を備え、このキャリッジフレーム３１は、Ｙ方向に沿って配した一対のＹ方向ガイドレール３２ｐ，３２ｑによりスライド自在に支持される。なお、Ｙ方向ガイドレール３２ｐ，３２ｑは、ハウジング７０に対して位置が固定されている。キャリッジ機構Ｍｃは、造形用材料Ｒを造形テーブル２に射出する射出ヘッド３及び造形テーブル２に射出された造形用材料Ｒをクリーニングするクリーニングローラ４を有するとともに、Ｘ方向移動機構Ｍｘの一部を支持する。射出ヘッド３は、インクジェット方式によりノズルから液体の造形用材料Ｒを射出する機能を備えており、イエロー，マジェンタ，シアンを含む色別の造形材Ｒａを射出するノズル群及びサポート材Ｒｓを射出するノズルを有する。また、クリーニングローラ４は、図２に示すように、キャリッジフレーム３１の背面側、即ち、射出ヘッド３を配した側に対して反対側に配し、キャリッジフレーム３１に対して固定した位置に回動自在に支持される。さらに、図示を省略したが、キャリッジフレーム３１の底面には、造形用材料Ｒを硬化させるための紫外線（ＵＶ）ランプを備えている。

キャリッジ機構Ｍｃに配するＸ方向移動機構Ｍｘの一部には、キャリッジフレーム３１の両側に回動自在に配した一対のプーリ１７，３３及びこのプーリ１７，３３間に架け渡したタイミングベルト１６からなるヘッド移動機構Ｍｈと、プーリ１７に対して同軸上に配し、かつプーリ１７と一体に回転する第二伝達ギア１８と、この第二伝達ギア１８に噛合する第一伝達ギア１５が含まれる。射出ヘッド３は連結部材３４を介してタイミングベルト１６の所定位置に固定されるとともに、タイミングベルト１６の移動方向に沿って配したＸ方向ガイドレール３５によりスライド自在に支持される。なお、プーリ１７には回転数を検出するロータリエンコーダ３６を付設する。このロータリエンコーダ３６は、インクリメントタイプであってもよいし、アブソリュートタイプであってもよい。

Ｘ方向移動機構Ｍｘは、さらに、キャリッジ機構Ｍｃに対して別体に設けたＸ方向駆動部１１を備える。このＸ方向駆動部１１は、Ｘ方向回転駆動部１３と、このＸ方向回転駆動部１３により回転し、かつ周方向規制部１４ｃを有するＹ方向に沿ったガイドシャフト１４を備える。Ｘ方向回転駆動部１３には、ステッピングモータ又はサーボモータ等の駆動モータを内蔵する。また、ガイドシャフト１４は、キャリッジフレーム３１に貫通し、上述した第一伝達ギア１５に挿通する。図４は、第一伝達ギア１５及びガイドシャフト１４を示す。ガイドシャフト１４の周面には一又は二以上の軸方向（Ｙ方向）に沿った凹溝３７ｉ，３７ｊを有し、この凹溝３７ｉ，３７ｊに、ドーナツ形に形成した第一伝達ギア１５の内周面に設けた凸部３８ｉ，３８ｊが係合する。この凹溝３７ｉ，３７ｊはガイドシャフト１４に設けた周方向規制部１４ｃとなる。これにより、第一伝達ギア１５はガイドシャフト１４に対して軸方向にスライド自在となり、かつ周方向規制部１４ｃにより周方向への回動変位が規制される。この場合、第一伝達ギア１５から射出ヘッド３までの構成が、Ｘ方向駆動部１１の移動量を射出ヘッド３に伝達するＸ方向伝達部１２となる。このように、Ｘ方向駆動部１１を、Ｘ方向回転駆動部１３と、このＸ方向回転駆動部１３により回転し、かつ周方向規制部１４ｃを有するＹ方向に沿ったガイドシャフト１４を備えて構成するとともに、Ｘ方向伝達部１２を、ガイドシャフト１４が挿通し、かつ軸方向（Ｙ方向）にスライド自在かつ周方向規制部１４ｃにより周方向に規制される第一伝達ギア１５と、この第一伝達ギア１５の回転を射出ヘッド３を支持するタイミングベルト１６を架け渡した一方のプーリ１７に伝達する第二伝達ギア１８を備えて構成すれば、制御時の応答性及び制御性の向上を図れるＸ方向移動機構Ｍｘを容易かつ確実に実現できるとともに、特に、第二伝達ギア１８を介在させることにより射出ヘッド３の移動方向及び移動速度を容易に設定できる利点がある。

Ｙ方向移動機構Ｍｙは、キャリッジ機構Ｍｃを上述した一対のＹ方向ガイドレール３２ｐ，３２ｑに沿ってＹ方向に移動させる一対のプーリ１９，２０間に架け渡したタイミングベルト２１からなるキャリッジ移動機構Ｍｇを備える。このため、キャリッジフレーム３１はタイミングベルト２１、特に、上側に位置するタイミングベルト２１の所定位置に固定する。また、Ｙ方向移動機構Ｍｙは、Ｙ方向回転駆動部４１を備え、このＹ方向回転駆動部４１の回転軸は伝達シャフト４２を介して一方のプーリ１９の軸心に結合する。Ｙ方向回転駆動部４１には、ステッピングモータ又はサーボモータ等の駆動モータを内蔵する。なお、プーリ２０には回転数を検出するロータリエンコーダ３９を付設する。このロータリエンコーダ３９も、インクリメントタイプであってもよいし、アブソリュートタイプであってもよい。

一方、キャリッジフレーム３１には、Ｙ方向移動機構ＭｙのＹ方向移動量を回転移動量に変換する移動量変換部５及び回転移動量をクリーニングローラ４に伝達して当該クリーニングローラ４を回転させる移動量伝達部６を有するクリーニングローラ駆動機構Ｍｒを付設する。クリーニングローラ駆動機構Ｍｒは、図２及び図５に示すように、キャリッジフレーム３１に固定したサブフレーム４５を備え、このサブフレーム４５に、第一変換ギア２２及びこの第一変換ギア２２に噛合する第二変換ギア２３をそれぞれ回動自在に取付ける。この場合、第一変換ギア２２は、タイミングベルト２１、特に、下側のタイミングベルト２１の歯部２１ｃに噛合する。また、第二変換ギア２３は、歯部２１ｃに対しては浮いた位置に配され、この第二変換ギア２３により回転方向が変換される。したがって、第一変換ギア２２が移動量変換部５を構成するとともに、第二変換ギア２３が移動量伝達部６を構成する。さらに、第二変換ギア２３とクリーニングローラ４は同軸上に配し、第二変換ギア２３の伝達シャフト４６は電磁クラッチ４７を介してクリーニングローラ４に結合する。このように、移動量変換部５を、キャリッジ機構ＭｃをＹ方向に移動させる一対のプーリ１９，２０間に架け渡したタイミングベルト２１の歯部２１ｃに噛合する変換ギア（第一変換ギア）２２を備えて構成するとともに、移動量伝達部６を、第一変換ギア２２に噛合して回転方向を変換する第二変換ギア２３を備えて構成すれば、クリーニングローラ４を回転させる独立した駆動系を不要とするクリーニングローラ駆動機構Ｍｒを容易かつ確実に実現できるとともに、特に、第二変換ギア２３を介在させることによりクリーニングローラ４の回転方向及び回転速度を容易に設定できる利点がある。

Ｚ方向移動機構Ｍｚは、射出ヘッド３に対して造形テーブル２をＺ方向に移動させる機能を備える。造形テーブル２は射出ヘッド３の下方に配し、この造形テーブル２がＺ方向移動機構Ｍｚにより昇降する。Ｚ方向移動機構Ｍｚは、Ｚ方向駆動部５１を備え、このＺ方向駆動部５１は、Ｚ方向回転駆動部５２と、このＺ方向回転駆動部５２の回転を昇降変位（Ｚ方向変位）に変換するボールねじ機構等を用いた運動変換部５３を備える。そして、運動変換部５３の昇降変位する出力軸５３ｅを造形テーブル２の脚部に結合する。Ｚ方向回転駆動部５２には、ステッピングモータ又はサーボモータ等の駆動モータを内蔵する。なお、５５は造形テーブル２の上面に載置した当該造形テーブル２に付属する造形物基台を示す。

他方、本実施形態に係る三次元造形機１は、図７に示すように、使用時には、他のコンピュータ８０に接続して三次元造形システムを構成する。この場合、三次元造形機１における造形機制御部７５とコンピュータ８０を有線手段（ＵＳＢケーブル等）８１又は無線手段（無線ＬＡＮ等）により接続する。コンピュータ８０には、汎用的なパソコン（パーソナルコンピュータ）等の各種コンピューティング装置を利用できる。したがって、コンピュータ８０には、三次元造形機１を総合的に制御するためのアプリケーションソフトウェア及び各種データ（データベース）が格納又は登録されている。図６において、６１は、造形機制御部７５とコンピュータ８０を含む制御系を示している。造形機制御部７５には、少なくとも、前述したロータリエンコーダ３６及び３９，Ｘ方向回転駆動部１３，Ｙ方向回転駆動部４１及びＺ方向回転駆動部５２をそれぞれ接続するとともに、射出ヘッド３及び電磁クラッチ４７を接続する。

次に、本実施形態に係る三次元造形機１の動作（使用方法）について、図１〜図７を参照して説明する。

最初に、Ｘ方向移動機構Ｍｘ，Ｙ方向移動機構Ｍｙ，Ｚ方向移動機構Ｍｚ及びクリーニングローラ駆動機構Ｍｒの各動作について説明する。

Ｘ方向移動機構Ｍｘは、Ｘ方向回転駆動部１３の回転動作によりガイドシャフト１４が回転するとともに、このガイドシャフト１４の回転により第一伝達ギア１５が回転する。即ち、ガイドシャフト１４には、軸方向に沿った凹溝３７ｉ，３７ｊによる周方向規制部１４ｃを有するため、凹溝３７ｉ，３７ｊに凸部３８ｉ，３８ｊが係合する第一伝達ギア１５が一体に回転する。また、第一伝達ギア１５の回転により、この第一伝達ギア１５に噛合する第二伝達ギア１８が回転するとともに、この第二伝達ギア１８の同軸上に一体に設けたプーリ１７も回転する。これにより、ヘッド移動機構Ｍｈにおけるタイミングベルト１６が移動し、タイミングベルト１６に固定した射出ヘッド３がＸ方向ガイドレール３５に沿ってＸ方向に移動する。この際、Ｘ方向回転駆動部１３の回転方向を制御することにより、射出ヘッド３をＸ方向の正逆方向に移動させることができる。一方、プーリ１７の回転数は、ロータリエンコーダ３６により検出され、造形機制御部７５に付与される。これにより、射出ヘッド３のＸ方向位置に対するフィードバック制御が行われる。

Ｙ方向移動機構Ｍｙは、Ｙ方向回転駆動部４１の回転動作により伝達シャフト４２が回転するとともに、この伝達シャフト４２の同軸上に一体に設けたプーリ１９が回転する。これにより、キャリッジ移動機構Ｍｇにおけるタイミングベルト２１が移動し、タイミングベルト２１に固定したキャリッジフレーム３１（キャリッジ機構Ｍｃ）がＹ方向ガイドレール３２ｐ，３２ｑに沿ってＹ方向に移動する。即ち、キャリッジ機構Ｍｃに備える射出ヘッド３もＹ方向に移動する。この際、Ｙ方向回転駆動部４１の回転方向を制御することにより、射出ヘッド３をＹ方向の正逆方向に移動させることができる。一方、プーリ２０の回転数は、ロータリエンコーダ３９により検出され、造形機制御部７５に付与される。これにより、射出ヘッド３のＹ方向位置に対するフィードバック制御が行われる。

ところで、上述した第一伝達ギア１５は、ガイドシャフト１４上に軸方向へ変位自在に支持されるため、キャリッジ機構ＭｃがＹ方向に移動した場合であってもキャリッジ機構Ｍｃの移動には何ら影響を及ぼさない。また、Ｘ方向移動機構Ｍｘの一部を構成するＸ方向回転駆動部１３及びガイドシャフト１４は、キャリッジ機構Ｍｃに搭載しない。したがって、キャリッジ機構Ｍｃの小型軽量化を実現することができ、Ｙ方向移動機構Ｍｙを制御する際における応答性（制御性）の向上，重量の二乗で増加する振動（Ｍ／Ｃ振動）の低減，制御の高精度化及び消費電力の低減などを図ることができる。

一方、Ｙ方向移動機構Ｍｙの作動時には、タイミングベルト２１が移動するとともに、クリーニングローラ駆動機構Ｍｒにおける第一変換ギア２２が下側のタイミングベルト２１における歯部２１ｃに噛合しているため、第一変換ギア２２が回転し、この第一変換ギア２２の回転は、この第一変換ギア２２に噛合する第二変換ギア２３に伝達される。これにより、第二変換ギア２３の同軸上に一体に設けた伝達シャフト４６も回転する。したがつて、電磁クラッチ４７を接続モード又は切離モードに切換えれば、クリーニングローラ４を回転又は停止させることができる。

このように、本実施形態に係る三次元造形機１によれば、キャリッジ機構Ｍｃに造形テーブル２に射出された造形用材料Ｒをクリーニングするクリーニングローラ４を設けるとともに、Ｙ方向移動機構ＭｙのＹ方向移動量を回転移動量に変換する移動量変換部５及び回転移動量をクリーニングローラ４に伝達して当該クリーニングローラ４を回転させる移動量伝達部６を有するクリーニングローラ駆動機構Ｍｒを設けたため、クリーニングローラ４を回転させる独立した駆動系が不要となり、駆動系の大幅なコストダウンを図れるとともに、当該駆動系全体の小型コンパクト化（占有スペースの縮小）を図れる。したがって、机等の上に載置できる卓上型の三次元造形機１を容易に実現することができる。

Ｚ方向移動機構Ｍｚでは、Ｚ方向回転駆動部５２が回転動作すれば、この回転はボールねじ機構等を用いた運動変換部５３により出力軸５３ｅの昇降変位（Ｚ方向変位）に変換される。これにより、出力軸５３ｅに支持される造形テーブル２も昇降変位（Ｚ方向変位）する。この際、Ｚ方向回転駆動部５２の回転方向を制御することにより、造形テーブル２をＺ方向の正逆方向に移動させることができる。これにより、造形テーブル２の昇降変位は、この上方に位置する射出ヘッド３のＺ方向の相対変位となる。

次に、実際の造形動作について説明する。まず、コンピュータ８０には、造形を行う三次元造形物Ａに対する造形用データが設定されるため、この造形用データに基づいて造形処理が行われる。図３は、造形時の動作（作用）を示している。造形原理は、インクジェットプリンタと同じ原理により造形テーブル２（造形物基台５５）上に薄い造形層が順次プリントされることにより積層されていく。即ち、射出ヘッド３をＸ方向及びＹ方向に制御することにより、Ｚ方向における第一層目における造形用データに対応した造形材Ｒａを射出する。また、造形材Ｒａが射出される三次元造形物Ａに対応する部分以外の部分にはサポート材Ｒｓが射出される。第一層目の厚さは０．１〔ｍｍ〕程度となり、造形材Ｒａとサポート材Ｒｓにより第一層目の層面が全て埋められることになる。

さらに、紫外線ランプによる紫外線の照射により第一層目が硬化するとともに、完全に硬化する前に、クリーニングローラ４により上面が平坦面となるように整えられる（クリーニングされる）。この後、造形テーブル２を第二層目に対応する変位量だけＺ方向へ下降させる。そして、同様の手順により第二層目の造形処理を行うとともに、第三層目から第ｎ層目（最終層）まで同様の手順により順次造形処理を行う。最終層まで造形処理が終了したなら、造形体を薬液に漬けるなどによりサポート材Ｒｓを除去すれば、目的の三次元造形物Ａを得ることができる。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、キャリッジ機構Ｍｃは、射出ヘッド３とクリーニングローラ４を一体に備える場合を示したが、必ずしも一体であることを要せず、例えば、別体に構成した第一キャリッジ機構と第二キャリッジ機構を設け、第一キャリッジ機構に射出ヘッド３を配し、第二キャリッジ機構にクリーニングローラ４を配する構成であってもよい。また、Ｚ方向移動機構Ｍｚは、射出ヘッド３に対して造形テーブル２をＺ方向に移動させる場合を示したが、射出ヘッド３側をＺ方向に移動させる構成であってもよい。一方、Ｘ方向移動機構Ｍｘは、タイミングベルト１６により移動させる場合を示したが、ボールねじ機構等の他の移動機構により移動させてもよい。この場合、第二伝達ギア１８の回転はボールねじ機構等の回転入力部に伝達すればよい。さらに、Ｙ方向移動機構Ｍｙも、タイミングベルト２１により移動させる場合を示したが、ボールねじ機構等の他の移動機構により移動させてもよい。この場合、第一変換ギア２２が噛合する別途のラックを配設すれば同様に実施できる。他方、第一伝達ギア１５，第二伝達ギア１８，第一変換ギア２２及び第二変換ギア２３を用いた構成を例示したが、これらのギアの数量や大きさなどは任意に選定できる。また、ロータリエンコーダ３６，３９は、射出ヘッド３又はキャリッジフレーム３１の位置を直接検出するリニアエンコーダ（リニアスケール）であってもよい。なお、本発明に係る三次元造形機１は、小型コンパクト化を図れるため、特に、卓上型に構成して最適であるが、フロア設置型など各種タイプの三次元造形機にも同様に利用できる。

本発明の最良の実施形態に係る三次元造形機の要部構成を示す斜視図、同三次元造形機の要部構成におけるクリーニングローラ駆動機構を明示する斜視図、同三次元造形機の動作（作用）説明図、同三次元造形機のＸ方向移動機構における第一伝達ギア及び第二伝達ギアを明示する構成図、同三次元造形機のクリーニングローラ駆動機構における第一変換ギア及び第二変換ギアを明示する構成図、同三次元造形機の要部の制御系を含む模式的平面構成図、同三次元造形機の外観図を含むシステム構成図、

符号の説明

１：三次元造形機，２：造形テーブル，３：射出ヘッド，４：クリーニングローラ，５：移動量変換部，６：移動量伝達部，１１：Ｘ方向駆動部，１２：伝達部，１３：Ｘ方向回転駆動部，１４：シャフト，１４ｃ：周方向規制部，１５：第一伝達ギア，１６：タイミングベルト，１７：プーリ，１８：第二伝達ギア，１９：プーリ，２０：プーリ，２１：タイミングベルト，２１ｃ：タイミングベルトの歯部，２２：第一変換ギア，２３：第二変換ギア，Ｒ：造形用材料，Ｒａ：造形材，Ｒｓ：サポート材，Ｍｃ：キャリッジ機構，Ｍｘ：Ｘ方向移動機構，Ｍｙ：Ｙ方向移動機構，Ｍｚ：Ｚ方向移動機構，Ｍｒ：クリーニングローラ駆動機構，Ａ：三次元造形物

Claims

造形用材料を造形テーブルに射出する射出ヘッドを有するキャリッジ機構と、前記造形テーブルに対して前記射出ヘッドをＸ方向に相対移動させるＸ方向移動機構と、前記造形テーブルに対して前記射出ヘッドをＹ方向に相対移動させるＹ方向移動機構と、前記射出ヘッドに対して前記造形テーブルをＺ方向に相対移動させるＺ方向移動機構とを備えてなる三次元造形機であって、前記キャリッジ機構に前記造形テーブルに射出された前記造形用材料をクリーニングするクリーニングローラを設けるとともに、前記Ｙ方向移動機構のＹ方向移動量を回転移動量に変換する移動量変換部及び前記回転移動量を前記クリーニングローラに伝達して当該クリーニングローラを回転させる移動量伝達部を有するクリーニングローラ駆動機構を設けたことを特徴とする三次元造形機。
前記造形用材料には、三次元造形物を造形する造形材及び三次元造形物以外の空間を埋めるサポート材を含むことを特徴とする請求項１記載の三次元造形機。
前記Ｘ方向移動機構は、前記キャリッジ機構に対して別体に設けたＸ方向駆動部及びこのＸ方向駆動部の移動量を前記キャリッジ機構の射出ヘッドに伝達するＸ方向伝達部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の三次元造形機。
前記Ｘ方向駆動部は、Ｘ方向回転駆動部と、このＸ方向回転駆動部により回転し、かつ周方向規制部を有するＹ方向に沿ったガイドシャフトを備えるとともに、前記Ｘ方向伝達部は、前記ガイドシャフトが挿通し、かつ軸方向（Ｙ方向）にスライド自在かつ前記周方向規制部により周方向に規制される第一伝達ギアと、この第一伝達ギアの回転を前記射出ヘッドを支持するタイミングベルトを架け渡した一方のプーリに伝達する第二伝達ギアを備えることを特徴とする請求項３記載の三次元造形機。
前記移動量変換部は、前記キャリッジ機構をＹ方向に移動させる一対のプーリ間に架け渡したタイミングベルトの歯部に噛合する変換ギア（第一変換ギア）を備えるとともに、前記移動量伝達部は、前記第一変換ギアに噛合して回転方向を変換する第二変換ギアを備えることを特徴とする請求項１記載の三次元造形機。