JP5108685B2

JP5108685B2 - 三次元造形機

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Publication number: JP5108685B2
Application number: JP2008221088A
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: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2028-08-29
Also published as: JP2010052331A

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インクジェット方式等により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、造形対象物を平行な複数の面で切断した各断面に対応する層体を所定の材料を吐出することによって形成し、層体を順次積層していくことで造形対象物の三次元造形物を生成する三次元造形装置であって、三次元造形物を形成するための造形用樹脂を吐出する造形用ノズルと、三次元造形物に着色を施すための複数色の着色剤を吐出する着色用ノズルとを設けたものである。
特開２０００−２８０３５６号公報

ところで、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次のような解決すべき課題が存在した。

第一に、インクジェット方式等により造形用材料を射出して層体を順次積層する場合、各層体には正確な平行面（平坦性）が要求され、平坦性が確保されない場合、最終的に得られる三次元造形物は寸法の正確性に欠けた歪んだ造形物となり、精度及び品質の高い三次元造形物を得ることができない。特に、造形用材料として種類の異なる複数の造形用材料を用いる場合にはより平坦性を確保しにくくなる。しかし、従来の三次元造形機では、平坦性を確保するための対応が十分とは言えず、精度及び品質の高い三次元造形物を得にくい難点があった。

第二に、各層体の平坦性を確保する場合、平坦化するための手段、例えば、機械的な平坦化機構を設けたり、造形用ノズルからの造形用材料の射出量を制御する制御系などを追加することにより技術的には可能であるが、追加の機構や制御系が必要となることから、追加に伴うコストアップや大型化が無視できないとともに、容易に実施できない難点がある。

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を、独立した第一キャリッジ機構部Ｍｃｈと第二キャリッジ機構部Ｍｃｒにより構成し、第一キャリッジ機構部Ｍｃｈに射出ヘッド３を配し、かつ第二キャリッジ機構部Ｍｃｒ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を配するとともに、第二キャリッジ機構部ＭｃｒをＹ方向へ移動可能に支持する一対のガイドレール５ｐ，５ｑと、第二キャリッジ機構部Ｍｃｒをガイドレール５ｐ，５ｑに沿って移動させるとともに、クリーニングローラ４を回転させるキャリッジ駆動部６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、キャリッジ駆動部６は、第二キャリッジ機構部Ｍｃｒに搭載したローラ回転駆動部１１と、このローラ回転駆動部１１の回転をクリーニングローラ４に伝達するローラ回転伝達部１２と、ローラ回転駆動部１１の回転量をＹ方向移動量に変換し、このＹ方向移動量により第二キャリッジ機構部Ｍｃｒをガイドレール５ｐ，５ｑに沿って移動させるキャリッジ移動伝達部１３を備えて構成できる。この際、キャリッジ移動伝達部１３は、一対のガイドレール５ｐ，５ｑにおける一方のガイドレール５ｐに設けたリードネジ部５ｐｓと、内周面にリードネジ部５ｐｓに螺合するネジ孔部１４ｎを有する中間伝達ギア１４と、ローラ回転駆動部１１の回転を中間伝達ギア１４に伝達する中間回転伝達部１５を備えて構成できる。なお、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１６及びこのＸ方向駆動部１６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１７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）第一キャリッジ機構部Ｍｃｈに射出ヘッド３を配し、かつ第二キャリッジ機構部Ｍｃｒ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を配するとともに、第二キャリッジ機構部ＭｃｒをＹ方向へ移動可能に支持する一対のガイドレール５ｐ，５ｑと、第二キャリッジ機構部Ｍｃｒをガイドレール５ｐ，５ｑに沿って移動させるとともに、クリーニングローラ４を回転させるキャリッジ駆動部６を設けたため、造形用材料Ｒをインクジェット方式等により射出し、造形テーブル２上に順次積層する場合であっても、クリーニングローラ４により各造形層の平坦性を容易かつ確実に確保できるため、精度及び品質の高い三次元造形物Ａを得ることができる。

（２）第一キャリッジ機構部Ｍｃｈに射出ヘッド３を配し、かつ第二キャリッジ機構部Ｍｃｒにクリーニングローラ４を配したため、射出ヘッド３とクリーニングローラ４の干渉を回避することができる。特に、クリーニングローラ４により各造形層を平坦化する際は、クリーニングローラ４に対して抵抗が付加されるため、移動速度の変動や振動等の不安定動作が発生しやすいが、この不安定動作は射出ヘッド３に何ら影響しないため、この側面からも三次元造形物Ａの品質向上に寄与できる。

（３）好適な態様により、キャリッジ駆動部６を、第二キャリッジ機構部Ｍｃｒに搭載したローラ回転駆動部１１と、このローラ回転駆動部１１の回転をクリーニングローラ４に伝達するローラ回転伝達部１２と、ローラ回転駆動部１１の回転量をＹ方向移動量に変換し、このＹ方向移動量により第二キャリッジ機構部Ｍｃｒをガイドレール５ｐ，５ｑに沿って移動させるキャリッジ移動伝達部１３を備えて構成すれば、一つのローラ回転駆動部１１をクリーニングローラ４の回転と第二キャリッジ機構部Ｍｃｒの移動の双方に共用できるため、クリーニングローラ４の追加に伴うコストアップや大型化を最小限に抑えることができる。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を容易に実現できる。

（４）好適な態様により、キャリッジ移動伝達部１３を、一対のガイドレール５ｐ，５ｑにおける一方のガイドレール５ｐに設けたリードネジ部５ｐｓと、内周面にリードネジ部５ｐｓに螺合するネジ孔部１４ｎを有する中間伝達ギア１４と、ローラ回転駆動部１１の回転を中間伝達ギア１４に伝達する中間回転伝達部１５を備えて構成すれば、コストアップや大型化を回避できるキャリッジ移動伝達部１３を容易かつ確実に実現できる。

（５）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１６及びこのＸ方向駆動部１６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１７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。

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９０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、９１は開閉扉、９２は電源スイッチを示す。また、ハウジング９０の内部には、図１〜図４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９５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〜図４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。この場合、キャリッジ機構Ｍｃは、第一キャリッジ機構部Ｍｃｈと第二キャリッジ機構部Ｍｃｒにより構成し、第一キャリッジ機構部Ｍｃｈと第二キャリッジ機構部Ｍｃｒは相互に独立している。

第一キャリッジ機構部Ｍｃｈ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。この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。第一キャリッジ機構部Ｍｃｈは、造形用材料Ｒを造形テーブル２に対して射出する射出ヘッド３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、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３３を備える。

第一キャリッジ機構部Ｍｃｈ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３４，３５及びこのプーリ３４，３５間に架け渡したタイミングベルト３６からなるヘッド移動機構Ｍｈと、プーリ３４に対して同軸上に配し、かつプーリ３４と一体に回転する第二伝達ギア３８と、この第二伝達ギア３８に噛合する第一伝達ギア３７が含まれる。射出ヘッド３は連結部材３９を介してタイミングベルト３６の所定位置に固定されるとともに、タイミングベルト３６の移動方向に沿って配したＸ方向ガイドレール４０によりスライド自在に支持される。また、プーリ３４の軸部には回転数を検出するロータリエンコーダ４１を付設する。このロータリエンコーダ４１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、第一キャリッジ機構部Ｍｃｈに対して別体に設けたＸ方向駆動部１６を備える。このＸ方向駆動部１６は、Ｘ方向回転駆動部４２と、このＸ方向回転駆動部４２により回転するＹ方向に沿ったガイドシャフト４３を備える。なお、Ｘ方向回転駆動部４２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４３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３７に挿通する。この場合、ガイドシャフト４３の周面には一又は二以上の軸方向（Ｙ方向）に沿った凹溝（周方向規制部）４３ｃを有し、この凹溝４３ｃに、ドーナツ形に形成した第一伝達ギア３７の内周面に設けた凸部が係合する。これにより、第一伝達ギア３７はガイドシャフト４３に対して軸方向にスライド自在となり、かつ凹溝４３ｃ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３７から射出ヘッド３までの構成が、Ｘ方向駆動部１６の移動量を射出ヘッド３に伝達するＸ方向伝達部１７となる。このように、Ｘ方向駆動部１６を、Ｘ方向回転駆動部４２と、このＸ方向回転駆動部４２により回転し、かつ凹溝４３ｃを有するＹ方向に沿ったガイドシャフト４３を備えて構成するとともに、Ｘ方向伝達部１７を、ガイドシャフト４３が挿通し、かつ軸方向（Ｙ方向）にスライド自在かつ凹溝４３ｃにより周方向に規制される第一伝達ギア３７と、この第一伝達ギア３７の回転を射出ヘッド３を支持するタイミングベルト３６を架け渡した一方のプーリ３４に伝達する第二伝達ギア３８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３８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。

一方、第二キャリッジ機構部Ｍｃｒは、キャリッジフレーム５１を備え、このキャリッジフレーム５１は、Ｙ方向に沿って配した一対のガイドレール５ｐ，５ｑにより移動可能に支持される。このガイドレール５ｐ，５ｑも、ハウジング７０に対して位置が固定されている。キャリッジフレーム５１には、造形テーブル２に対して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を回動自在に支持するとともに、キャリッジ駆動部６を搭載する。キャリッジ駆動部６は、図３に示すように、ローラ回転駆動部１１と、このローラ回転駆動部１１の回転をクリーニングローラ４に伝達してクリーニングローラ４を回転させる第一中間ギア５２及び第二中間ギア５３を有するローラ回転伝達部１２と、ローラ回転駆動部１１の回転量をＹ方向移動量に変換し、このＹ方向移動量により第二キャリッジ機構部Ｍｃｒをガイドレール５ｐ，５ｑに沿って移動させるキャリッジ移動伝達部１３を備える。この場合、キャリッジ移動伝達部１３は、一対のガイドレール５ｐ，５ｑにおける一方のガイドレール５ｐに設けたリードネジ部５ｐｓと、内周面にリードネジ部５ｐｓに螺合するネジ孔部１４ｎを有する中間伝達ギア１４と、ローラ回転駆動部１１の回転を中間伝達ギア１４に伝達する中間回転伝達部１５を備える。この中間回転伝達部１５は、クリーニングローラ４の軸部４ｓに結合したウォームギア５４を有し、このウォームギア５４が中間伝達ギア１４に噛合する。なお、ローラ回転駆動部１１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。

このように、キャリッジ駆動部６を、第二キャリッジ機構部Ｍｃｒに搭載したローラ回転駆動部１１と、このローラ回転駆動部１１の回転をクリーニングローラ４に伝達するローラ回転伝達部１２と、ローラ回転駆動部１１の回転量をＹ方向移動量に変換し、このＹ方向移動量により第二キャリッジ機構部Ｍｃｒをガイドレール５ｐ，５ｑに沿って移動させるキャリッジ移動伝達部１３を備えて構成すれば、一つのローラ回転駆動部１１をクリーニングローラ４の回転と第二キャリッジ機構部Ｍｃｒの移動の双方に共用できるため、クリーニングローラ４の追加に伴うコストアップや大型化を最小限に抑えることができる。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を容易に実現できる。また、キャリッジ移動伝達部１３を、一対のガイドレール５ｐ，５ｑにおける一方のガイドレール５ｐに設けたリードネジ部５ｐｓと、内周面にリードネジ部５ｐｓに螺合するネジ孔部１４ｎを有する中間伝達ギア１４と、ローラ回転駆動部１１の回転を中間伝達ギア１４に伝達する中間回転伝達部１５を備えて構成すれば、コストアップや大型化を回避できるキャリッジ移動伝達部１３を容易かつ確実に実現できる。

Ｙ方向移動機構Ｍｙは、図４に示すように、第一キャリッジ機構部Ｍｃｈ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６１，６２間に架け渡したタイミングベルト６３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６３、特に、上側に位置するタイミングベルト６３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６４を備え、このＹ方向回転駆動部６４の回転軸は伝達シャフト６５を介して一方のプーリ６１の軸心に結合する。なお、Ｙ方向回転駆動部６４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、プーリ６２には回転数を検出するロータリエンコーダ６６を付設する。このロータリエンコーダ６６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。

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７１を備え、このＺ方向駆動部７１は、Ｚ方向回転駆動部７２と、このＺ方向回転駆動部７２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７３を備える。そして、運動変換部７３の昇降変位する出力軸７３ｅを造形テーブル２の脚部に結合する。なお、Ｚ方向回転駆動部７２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。７５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９５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１において、８２は、造形機制御部９５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９５には、少なくとも、前述したロータリエンコーダ４１及び６６，Ｘ方向回転駆動部４２，Ｙ方向回転駆動部６４，Ｚ方向回転駆動部７２及びローラ回転駆動部１１をそれぞれ接続するとともに、射出ヘッド３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（第一キャリッジ機構Ｍｃｈ）及びＺ方向移動機構Ｍｚ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４２の回転動作によりガイドシャフト４３が回転するとともに、このガイドシャフト４３の回転により第一伝達ギア３７が回転する。即ち、ガイドシャフト４３における凹溝４３ｃに第一伝達ギア３７の内周面に設けた凸部が係合するため、第一伝達ギア３７はガイドシャフト４３と一体に回転する。また、第一伝達ギア３７の回転により、この第一伝達ギア３７に噛合する第二伝達ギア３８が回転するとともに、この第二伝達ギア３８の同軸上に一体に設けたプーリ３４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３６が移動し、タイミングベルト３６に固定した射出ヘッド３がＸ方向ガイドレール４０に沿ってＸ方向に移動する。この際、Ｘ方向回転駆動部４２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３４の回転数は、ロータリエンコーダ４１により検出され、造形機制御部９５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６４の回転動作により伝達シャフト６５が回転するとともに、この伝達シャフト６５の同軸上に一体に設けたプーリ６１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６３が移動し、タイミングベルト６３に固定したキャリッジフレーム３１（第一キャリッジ機構部Ｍｃｈ）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、第一キャリッジ機構部Ｍｃｈ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６４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６２の回転数は、ロータリエンコーダ６６により検出され、造形機制御部９５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３７は、ガイドシャフト４３上に軸方向へ変位自在に支持されるため、第一キャリッジ機構部ＭｃｈがＹ方向に移動した場合であっても第一キャリッジ機構部Ｍｃｈ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４２及びガイドシャフト４３は、第一キャリッジ機構部Ｍｃｈに搭載しない。したがって、第一キャリッジ機構部Ｍｃｈ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。

Ｚ方向移動機構Ｍｚでは、Ｚ方向回転駆動部７２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７３により出力軸７３ｅの昇降変位（Ｚ方向変位）に変換される。これにより、出力軸７３ｅ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７２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、第二キャリッジ機構部Ｍｃｒの動作を含む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５及び図６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７５）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、第一キャリッジ機構部ＭｃｈがＹ方向に移動するとともに、Ｘ方向移動機構Ｍｘにより射出ヘッド３がＸ方向に移動（スキャン）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。図５中、Ｓｈは、射出ヘッド３がＹ方向に移動する際のストローク範囲を示している。

さらに、第一キャリッジ機構部ＭｃｈがＹ方向に移動する際は、この第一キャリッジ機構部Ｍｃｈの移動に追従して第二キャリッジ機構部Ｍｃｒが移動する。図５に示すように、第一キャリッジ機構部Ｍｃｈの移動により紫外線ランプ３３による紫外線が第一層目に照射されるため、第一層目の硬化が行われるが、完全に硬化する前に、第二キャリッジ機構部Ｍｃｒのクリーニングローラ４により第一層目の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）。図５中、Ｓｒは、クリーニングローラ４がＹ方向に移動する際のストローク範囲を示している。

このように、本実施形態に係る三次元造形機１は、第一キャリッジ機構部Ｍｃｈに射出ヘッド３を配し、かつ第二キャリッジ機構部Ｍｃｒ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を配するとともに、第二キャリッジ機構部ＭｃｒをＹ方向へ移動可能に支持する一対のガイドレール５ｐ，５ｑと、第二キャリッジ機構部Ｍｃｒをガイドレール５ｐ，５ｑに沿って移動させるとともに、クリーニングローラ４を回転させるキャリッジ駆動部６を設けたため、造形用材料Ｒをインクジェット方式等により射出し、造形テーブル２上に順次積層する場合であっても、クリーニングローラ４により各造形層の平坦性を容易かつ確実に確保できるため、精度及び品質の高い三次元造形物Ａを得ることができる。また、第一キャリッジ機構部Ｍｃｈに射出ヘッド３を配し、かつ第二キャリッジ機構部Ｍｃｒにクリーニングローラ４を配したため、射出ヘッド３とクリーニングローラ４の干渉を回避することができる。特に、クリーニングローラ４により各造形層を平坦化する際は、クリーニングローラ４に対して抵抗が付加されるため、移動速度の変動や振動等の不安定動作が発生しやすいが、この不安定動作は射出ヘッド３に何ら影響しないため、この側面からも三次元造形物Ａの品質向上に寄与できる。

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、キャリッジ駆動部６の構成は例示に限定されるものではなく、Ｙ方向移動機構Ｍｙにおけるキャリッジ移動機構Ｍｇと同様にタイミングベルト６３を利用した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。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の制御系を含む模式的平面構成図、同三次元造形機のキャリッジ機構を背面側から見た模式的構成図、同三次元造形機の第二キャリッジ機構部におけるキャリッジ駆動部の斜視構成図、同三次元造形機の要部構成を示す斜視構成図、同三次元造形機の動作（作用）説明図、同三次元造形機の他の動作（作用）説明図、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，５ｐ：ガイドレール，５ｑ：ガイドレール，５ｐｓ：リードネジ部，６：キャリッジ駆動部，１１：ローラ回転駆動部，１２：ローラ回転伝達部，１３：キャリッジ移動伝達部，１４：中間伝達ギア，１４ｎ：ネジ孔部，１５：中間回転伝達部，１６：Ｘ方向駆動部，１７：Ｘ方向伝達部，Ｒ：造形用材料，Ｒａ：造形材，Ｒｓ：サポート材，Ｍｃ：キャリッジ機構，Ｍｃｈ：第一キャリッジ機構部，Ｍｃｒ：第二キャリッジ機構部，Ｍｘ：Ｘ方向移動機構，Ｍｙ：Ｙ方向移動機構，Ｍｚ：Ｚ方向移動機構，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を、独立した第一キャリッジ機構部と第二キャリッジ機構部により構成し、前記第一キャリッジ機構部に前記射出ヘッドを配し、かつ前記第二キャリッジ機構部に前記造形テーブルに射出された造形用材料をクリーニングするクリーニングローラを配するとともに、前記第二キャリッジ機構部をＹ方向へ移動可能に支持する一対のガイドレールと、前記第二キャリッジ機構部を前記ガイドレールに沿って移動させるとともに、前記クリーニングローラを回転させるキャリッジ駆動部を設けたことを特徴とする三次元造形機。
前記キャリッジ駆動部は、前記第二キャリッジ機構部に搭載したローラ回転駆動部と、このローラ回転駆動部の回転を前記クリーニングローラに伝達するローラ回転伝達部と、前記ローラ回転駆動部の回転量をＹ方向移動量に変換し、このＹ方向移動量により前記第二キャリッジ機構部を前記ガイドレールに沿って移動させるキャリッジ移動伝達部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。
前記キャリッジ移動伝達部は、前記一対のガイドレールにおける一方のガイドレールに設けたリードネジ部と、内周面に前記リードネジ部に螺合するネジ孔部を有する中間伝達ギアと、前記回転駆動部の回転を前記中間伝達ギアに伝達する中間回転伝達部を備えることを特徴とする請求項２記載の三次元造形機。
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記載の三次元造形機。