JP5166182B2

JP5166182B2 - 三次元造形機

Info

Publication number: JP5166182B2
Application number: JP2008239420A
Authority: JP
Inventors: 英司青木
Original assignee: Nagano Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Nagano Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2028-09-18
Also published as: JP2010069713A

Description

本発明は、設置面に載置するハウジング部及びこのハウジング部の内部に配した三次元造形機構部を備える三次元造形機に関する。

従来、設置面に載置するハウジング部及びこのハウジング部の内部に配した三次元造形機構部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３次元造形機が知られている。

同文献１で開示される３次元造形機は、設置面に載置するフレーム（ハウジング部）と、このフレームの内部に配した三次元造形機構部を備えており、この三次元造形機構部は当該フレームを利用して組付けられる。なお、三次元造形機構部は、加熱することにより溶融して接着力を生じる接着剤を塗布した素材シートを積層中の積層体上面に送り込む素材シート供給手段と、素材シートを加熱し積層体の上面に押圧して接着する加熱手段と、素材シートを３次元形状データに基づいて所定の形状にレーザビームによって切断して３次元立体形状のモデル等を造形する切断手段とよりなる３次元造形機において、機械本体の一方側に素材シートロールを装架する供給シャフトと加工済の素材シートを巻き取る巻取シャフトを上下に水平軸線方向で平行して設けた構成を備えている。
特開２００１−２８７２７５号公報

しかし、上述した３次元造形機をはじめ、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、この種の三次元造形機は三次元造形を行うため、造形時におけるＸ方向，Ｙ方向及びＺ方向の絶対位置のみならず各方向間における相対位置や相対角度（座標直交性）を正確に維持することが高精度かつ高品質の三次元造形物を得る上で重要な要素となるが、従来の三次元造形機、例えば、特許文献１の場合には、フレーム（ハウジング部）を利用して三次元造形機構部を組付けるため、造形機を設置する設置面に凹凸等がある場合、フレームの歪（撓み）がフレーム内部の三次元造形機構部に影響しやすい。したがって、通常、フレームの底面四隅に設けた高さ調整可能なハウジング脚部により高さ調整（アライメント調整）を行うことにより、平坦性を確保しているが、調整作業が大変になるとともに、人為的作業のため調整にバラツキを生じやすく、また、初期調整を正確に行っても長期使用により狂いを生じやすい。

第二に、大型の三次元造形機の場合には、設置場所を決めて設置するため、一度設置すれば、頻繁に設置場所を変更することがないとともに、仮に、変更する場合であっても専門業者等により行われるため、再設置時においても再調整が行われるが、小型の三次元造形機、例えば、机の上に載置可能な卓上型のような小型の三次元造形機の場合には、ユーザがレイアウト変更等により頻繁に移動することも考えられる。この場合、ユーザは、十分な調整を行わない場合も少なくなく、結局、精度の高い最適な状態を維持しにくい。なお、高い剛性を有する構造を採用すればよいが、小型の三次元造形機の場合には、大型化や重量アップ及びコストアップを招くため、高剛性化には限界がある。

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、設置面Ｓに載置するハウジング部Ｈと、このハウジング部Ｈの内部に配した、造形テーブル２に対して造形用材料Ｒを射出する射出ヘッド３をＸ方向に相対移動させるＸ方向移動機構Ｍｘ，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及び射出ヘッド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を有する三次元造形機構部Ｍｏとを備える三次元造形機１を構成するに際して、少なくとも、Ｘ方向移動機構Ｍｘ，Ｙ方向移動機構Ｍｙ及びＺ方向移動機構Ｍｚを含む三次元造形機構部Ｍｏの全体を支持するインナフレーム部Ｆを設け、このインナフレーム部Ｆの複数の異なる位置を、所定範囲の相対変位を許容可能なフレーム支持部４ａ…を介してハウジング部Ｈの内面Ｈｉにそれぞれ結合してなることを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、フレーム支持部４ａ…は、弾性部材５…を介在させて支持する弾性支持部４ｓａ…により構成してもよいし、インナフレーム部Ｆとハウジング部Ｈを結合する位置を変更可能な可変支持部４ｃａ…により構成してもよい。この際、インナフレーム部Ｆとハウジング部Ｈの位置が固定となる一つの固定支持部４ｄを設けることができる。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。

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）Ｘ方向移動機構Ｍｘ，Ｙ方向移動機構Ｍｙ及びＺ方向移動機構Ｍｚを含む三次元造形機構部Ｍｏの全体を支持するインナフレーム部Ｆの複数の異なる位置を、所定範囲の相対変位を許容可能なフレーム支持部４ａ…を介してハウジング部Ｈの内面Ｈｉにそれぞれ結合したため、凹凸を有する設置面Ｓに設置し、ハウジング部Ｈに歪（撓み）が生じた場合であっても、歪はフレーム支持部４ａ…により吸収され、フローティング固定される三次元造形機構部Ｍｏには付加されない。したがって、Ｘ方向移動機構Ｍｘ，Ｙ方向移動機構Ｍｙ及びＺ方向移動機構Ｍｚにおける相互間の相対位置や相対角度（座標直交性）が正確に維持され、高精度かつ高品質の三次元造形物を得ることができる。

（２）三次元造形機１を設置面Ｓに設置した際に発生するハウジング部Ｈの歪は、フレーム支持部４ａ…により吸収されるため、平坦性を確保するための調整（アライメント調整）が不要となり容易に設置することができる。しかも、人為的調整によるバラツキが発生しないとともに、長期使用に伴う歪もフレーム支持部４ａ…により吸収されるため、常に、平坦性の確保された最適な状態を維持できる。また、インナフレーム部Ｆ等に高度の剛性が要求されないため、小型化，軽量化及び低コスト化にも寄与できる。

（３）好適な態様により、フレーム支持部４ａ…を、弾性部材５…を介在させて支持する弾性支持部４ｓａ…により構成すれば、三次元造形機１を設置面Ｓに設置した際に発生するハウジング部Ｈの歪は、弾性部材５…により、いわば自動で吸収されるため、より容易に設置できる。

（４）好適な態様により、フレーム支持部４ａ…を、インナフレーム部Ｆとハウジング部Ｈを結合する位置を変更可能な可変支持部４ｃａ…により構成すれば、三次元造形機１を設置面Ｓに設置した際に発生するハウジング部Ｈの歪を吸収した後に、インナフレーム部Ｆとハウジング部Ｈ間を固定できるため、より安定した状態で設置できる。

（５）好適な態様により、インナフレーム部Ｆとハウジング部Ｈの位置が固定となる一つの固定支持部４ｄを設ければ、インナフレーム部Ｆとハウジング部Ｈ間の一カ所の結合位置がリジット固定されるため、例えば、弾性支持部４ｓａ…と組合わせることにより、設置の容易性に加えて設置時の安定性を付加できる。

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１０を参照して具体的に説明する。

図１０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、全体がハウジング部Ｈにより覆われており、大きさは机等の上面（設置面Ｓ）に載置できるように卓上型として構成する。このハウジング部Ｈの内部には、図６に示す三次元造形機構部Ｍｏを配する。この三次元造形機構部Ｍｏは、造形テーブル２に対して造形用材料Ｒを射出する射出ヘッド３をＸ方向に相対移動させるＸ方向移動機構Ｍｘ，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及び射出ヘッド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を備える。なお、図１０中、７１は開閉扉、７２は電源スイッチ、７５はハウジング部Ｈの内部に配した造形機制御部をそれぞれ示す。

また、ハウジング部Ｈの内部には、図１及び図２に示すように、当該ハウジング部Ｈとは別体に形成したインナフレーム部Ｆを配し、このインナフレーム部Ｆにより、少なくとも、Ｘ方向移動機構Ｍｘ，Ｙ方向移動機構Ｍｙ及びＺ方向移動機構Ｍｚを含む三次元造形機構部Ｍｏの全体を支持する。そして、インナフレーム部Ｆの四つ（複数）の異なる位置は、所定範囲の相対変位を許容可能な三つのフレーム支持部４ａ，４ｂ，４ｃを介してハウジング部Ｈの内面Ｈｉにそれぞれ結合するとともに、位置が固定となる一つの固定支持部４ｄを介してハウジング部Ｈの内面Ｈｉに結合する。

例示のインナフレーム部Ｆは、矩形状に形成し、四隅に起立した被支持板部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを一体に有する。したがって、インナフレーム部Ｆをフレーム支持部４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを介してハウジング部Ｈの内面Ｈｉに結合する際は、図１に示すように、ハウジング部Ｈの内面Ｈｉにおける各被支持板部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに対面する位置に、ブラケット１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄによりナット１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを固定し、各被支持板部１１ａ…１１ｄと対応する各ナット１３ａ…１３ｄをフレーム支持部４ａ，４ｂ，４ｃ及び固定支持部４ｄによりそれぞれ結合する。なお、図３に示すように、ハウジング部Ｈの内面Ｈｉとブラケット１２ａ…、ブラケット１２ａ…とナット１３ａ…はそれぞれ溶接等により固定することができる。

位置が固定となる固定支持部４ｄは、図１に抽出拡大断面図で示すように、ボルト１４ｄとカラー１５ｄを使用する。そして、被支持板部１１ｄをハウジング部Ｈの内面Ｈｉに結合する際は、ボルト１４ｄを、被支持板部１１ｄに設けたボルト挿通孔１７ｄに内部側から挿入し、さらに、カラー１５ｄを通した後、ボルト１４ｄの先端側をナット１３ｄに螺着する。これにより、インナフレーム部Ｆの一つの位置（被支持板部１１ｄ）を位置が固定となる固定支持部４ｄを介してハウジング部Ｈの内面Ｈｉに結合可能となる。

一方、相対変位を許容可能なフレーム支持部４ａは、図１に抽出拡大断面図で示すように、弾性部材５を介在させて支持する弾性支持部４ｓａを用いて構成する。弾性支持部４ｓａは、図３に示すように、ボルト１４ａ，ブッシュ（ゴムブッシュ）１５ａ及びカラー１６ａを使用し、このブッシュ１５ａが弾性部材５を構成する。なお、カラー１６ａはブッシュ１５ａが過度に圧縮変形しないようにするための補強用であり、長さはブッシュ１５ａの軸方向長さよりも短く選定することが望ましい。ブッシュ１５ａは、天然ゴムや合成ゴム等のゴム素材により筒形に一体形成し、中心にカラー挿入孔１５ａｈを有するとともに、外周面に被支持板部１１ａに形成したブッシュ取付孔１７ａに嵌め込むリング溝１５ａｓを有する。そして、被支持板部１１ａをハウジング部Ｈの内面Ｈｉに結合する際は、ブッシュ１５ａを、被支持板部１１ａのブッシュ取付孔１７ａに嵌め込むとともに、ブッシュ１５ａのカラー挿入孔１５ａｈにカラー１６ａを挿入し、さらに、ボルト１４ａを、カラー１６ａに対して内部側から挿入し、ボルト１４ａの先端側をナット１３ａに螺着する。これにより、インナフレーム部Ｆの一つの位置（被支持板部１１ａ）を相対変位を許容可能なフレーム支持部４ａを介してハウジング部Ｈの内面Ｈｉに結合することができる。以上、フレーム支持部４ａ側について説明したが、他のフレーム支持部４ｂ，４ｃもフレーム支持部４ａ側と同様に構成できる。他のフレーム支持部４ｂ，４ｃ側において、４ｓｂ，４ｓｃは弾性支持部、１４ｂ，１４ｃはボルト、１５ｂ，１５ｃはブッシュをそれぞれ示す。

このように、フレーム支持部４ａ…を、弾性部材５…を介在させて支持する弾性支持部４ｓａ…により構成すれば、三次元造形機１を設置面Ｓに設置した際に発生するハウジング部Ｈの歪は、弾性部材５…により、いわば自動で吸収されるため、より容易に設置することができる。また、インナフレーム部Ｆとハウジング部Ｈの位置が固定となる一つの固定支持部４ｄを設ければ、インナフレーム部Ｆとハウジング部Ｈ間の一カ所の結合位置がリジット固定されるため、例えば、弾性支持部４ｓａ…と組合わせることにより、設置の容易性に加えて設置時の安定性を付加することができる。

他方、相対変位を許容可能なフレーム支持部４ａは、図４及び図５に示す可変支持部４ｃａ…、即ち、インナフレーム部Ｆとハウジング部Ｈを結合する位置を変更可能な可変支持部４ｃａ…により構成することもできる。例示の可変支持部４ｃａは、インナフレーム部Ｆに離間した一対の被支持板部１１ａｍ，１１ａｎを有する。また、中央位置に縦方向の長孔１８ｉを有し、左右位置に一対の横方向の長孔１８ｍ，１８ｎを有する補助板１８を用意する。そして、ボルト１４ａｍを長孔１８ｍに内部側から挿入し、ボルト１４ａｍの先端側を一方の被支持板部１１ａｍに螺着するとともに、ボルト１４ａｎを長孔１８ｎに内部側から挿入し、ボルト１４ａｎの先端側を他方の被支持板部１１ａｎに螺着する。さらに、ボルト１４ａｉを長孔１８ｉに内部側から挿入し、カラー１９を通してボルト１４ａｉの先端側をブラケット１２ａにより固定されたナット１３ａに螺着する。他の三つの可変支持部も可変支持部４ｃａと同様に構成することができる。なお、可変支持部４ｃａ…のうちの一つは前述した固定支持部４ｄを用いてもよい。

したがって、三次元造形機１を設置する際には、予め、各ボルト１４ａｍ…，１４ａｉ…，１４ａｎ…を緩めておく。これにより、ブラケット１２ａ…に対してインナフレーム部Ｆの被支持板部１１ａｍ…，１１ａｎ…は、縦方向及び横方向の所定範囲にわたって相対変位可能となり、設置時に発生するハウジング部Ｈの歪（撓み）が吸収される。そして、設置が終了したなら、各ボルト１４ａｍ…，１４ａｉ…，１４ａｎ…を締め付けることにより、被支持板部１１ａｍ，１１ａｎ…をブラケット１２ａ…に固定すればよい。このように、フレーム支持部４ａ…として可変支持部４ｃａ…を用いれば、三次元造形機１を設置面Ｓに載置した際に発生するハウジング部Ｈの歪（撓み）を吸収した後に、インナフレーム部Ｆとハウジング部Ｈ間を固定できるため、より安定した状態で設置できる。

次に、このインナフレーム部Ｆにより支持して好適な三次元造形機構部Ｍｏについて、図６〜図１０を参照して説明する。

図６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２１を備え、このキャリッジフレーム２１は、Ｙ方向に沿って配した一対のＹ方向ガイドレール２２ｐ，２２ｑ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２２ｐ，２２ｑは、インナフレーム部Ｆにより支持され、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２３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２３は、図７に示すように、キャリッジフレーム２１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２１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２１の底面には、造形用材料Ｒを硬化させる紫外線（ＵＶ）ランプを備える。

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２１の両側に回動自在に配した一対のプーリ２４，２５及びこのプーリ２４，２５間に架け渡したタイミングベルト２６からなるヘッド移動機構Ｍｈと、プーリ２４に対して同軸上に配し、かつプーリ２４と一体に回転する第二伝達ギア２８と、この第二伝達ギア２８に噛合する第一伝達ギア２７が含まれる。射出ヘッド３は連結部材２９を介してタイミングベルト２６の所定位置に固定されるとともに、タイミングベルト２６の移動方向に沿って配したＸ方向ガイドレール３０によりスライド自在に支持される。なお、プーリ２４には回転数を検出するロータリエンコーダ３１を付設する。

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３２を備える。このＸ方向駆動部３２は、Ｘ方向回転駆動部３３と、このＸ方向回転駆動部３３により回転するＹ方向に沿ったガイドシャフト３４を備える。Ｘ方向回転駆動部３３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３４は、キャリッジフレーム２１に貫通し、上述した第一伝達ギア２７に挿通する。さらに、ガイドシャフト３４の周面には一又は二以上の軸方向（Ｙ方向）に沿った凹溝による周方向規制部３４ｃを有し、ドーナツ形に形成した第一伝達ギア２７の内周面に形成した凸部が当該凹溝（周方向規制部３４ｃ）に係合する。これにより、第一伝達ギア２７はガイドシャフト３４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３４ｃにより周方向への回動変位が規制される。このような構成を採用すれば、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２８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。

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２２ｐ，２２ｑに沿ってＹ方向に移動させる一対のプーリ３６，３７間に架け渡したタイミングベルト３８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２１はタイミングベルト３８、特に、上側に位置するタイミングベルト３８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３６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３７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。

一方、キャリッジフレーム２１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４３及び回転移動量をクリーニングローラ２３に伝達して当該クリーニングローラ２３を回転させる移動量伝達部４４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７〜図９に示すように、キャリッジフレーム２１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４６及びこの第一変換ギア４６に噛合する第二変換ギア４７をそれぞれ回動自在に取付ける。この場合、第一変換ギア４６は、タイミングベルト３８、特に、下側のタイミングベルト３８の歯部に噛合３８ｃする。また、第二変換ギア４７は、歯部３８ｃに対しては浮いた位置に配され、この第二変換ギア４７により回転方向が変換される。したがって、第一変換ギア４７が移動量変換部４３を構成するとともに、第二変換ギア４７が移動量伝達部４４を構成する。さらに、第二変換ギア４７とクリーニングローラ２３は同軸上に配し、第二変換ギア４７の伝達シャフト４８は電磁クラッチ４９を介してクリーニングローラ２３に結合する。このような構成を採用すれば、クリーニングローラ２３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４７を介在させることによりクリーニングローラ２３の回転方向及び回転速度を容易に設定できる。

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のテーブル脚部に結合する。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１０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９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３１及び３９，Ｘ方向回転駆動部３３，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４９を接続する。

このように構成する三次元造形機構部Ｍｏは、次のように動作する。まず、Ｘ方向移動機構Ｍｘは、Ｘ方向回転駆動部３３の回転動作によりガイドシャフト３４が回転するとともに、第一伝達ギア２７が回転する。また、第一伝達ギア２７の回転により、第二伝達ギア２８及びプーリ２４が回転する。これにより、タイミングベルト２６が移動し、射出ヘッド３がＸ方向ガイドレール３０に沿ってＸ方向に移動する。この際、Ｘ方向回転駆動部３３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２４の回転数は、ロータリエンコーダ３１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、プーリ３６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３８が移動するとともに、キャリッジフレーム２１（キャリッジ機構Ｍｃ）がＹ方向ガイドレール２２ｐ，２２ｑに沿って移動し、射出ヘッド３が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３７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２７は、ガイドシャフト３４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３３及びガイドシャフト３４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。

さらに、Ｙ方向移動機構Ｍｙの作動時には、タイミングベルト３８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４６が下側のタイミングベルト３８における歯部３８ｃに噛合しているため、第一変換ギア４６が回転し、この第一変換ギア４６の回転は第二変換ギア４７に伝達される。これにより、第二変換ギア４７の同軸上に一体に設けた伝達シャフト４８も回転する。したがって、電磁クラッチ４９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２３を回転又は停止させることができる。

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。

一方、実際の造形動作は次のように行われる。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８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２３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。

よって、このような本実施形態に係る三次元造形機１によれば、少なくとも、Ｘ方向移動機構Ｍｘ，Ｙ方向移動機構Ｍｙ及びＺ方向移動機構Ｍｚを含む三次元造形機構部Ｍｏの全体を支持するインナフレーム部Ｆの複数の異なる位置を、所定範囲の相対変位を許容可能なフレーム支持部４ａ…を介してハウジング部Ｈの内面Ｈｉにそれぞれ結合したため、凹凸を有する設置面Ｓに設置し、ハウジング部Ｈに歪（撓み）が生じた場合であっても、歪はフレーム支持部４ａ…により吸収され、フローティング固定される三次元造形機構部Ｍｏには付加されない。したがって、Ｘ方向移動機構Ｍｘ，Ｙ方向移動機構Ｍｙ及びＺ方向移動機構Ｍｚにおける相互間の相対位置や相対角度（座標直交性）が正確に維持され、高精度かつ高品質の三次元造形物を得ることができる。また、三次元造形機１を設置面Ｓに設置した際に発生するハウジング部Ｈの歪は、フレーム支持部４ａ…により吸収されるため、平坦性を確保するための調整（アライメント調整）が不要となり容易に設置することができる。しかも、人為的調整によるバラツキが発生しないとともに、長期使用に伴う歪もフレーム支持部４ａ…により吸収されるため、常に、平坦性の確保された最適な状態を維持できる。また、インナフレーム部Ｆ等に高度の剛性が要求されないため、小型化，軽量化及び低コスト化にも寄与できる。

さらに、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２３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４３及び回転移動量をクリーニングローラ２３に伝達して当該クリーニングローラ２３を回転させる移動量伝達部４４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２３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。

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、弾性支持部４ｓａ…を構成する弾性部材５…として、ゴム素材を用いたブッシュ１５ａ…を例示したが、弾性を有する合成樹脂素材やスプリング（コイルスプリング，板バネ等）などの他の弾性部材を用いて構成することも可能である。また、可変支持部４ｃａ…を構成するに際して、一対の被支持板部１１ａｍ，１１ａｎを用いた場合を示したが一方のみであってもよい。さらに、インナフレーム部Ｆとハウジング部Ｈの位置が固定となる固定支持部４ｄは、必ずしも設けることを要しない。即ち、弾性支持部４ｓａ…を用いる場合、四つの弾性支持部４ｓａ…を四隅にそれぞれ配してもよい。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内部構造を模式的に示す平面構成図、同三次元造形機の要部構成を模式的に示す斜視図、同三次元造形機における弾性支持部（フレーム支持部）の一部断面を含む分解図、同三次元造形機における可変支持部（フレーム支持部）の正面方向から見た構成図、同三次元造形機における可変支持部（フレーム支持部）の平面方向から見た断面図、同三次元造形機における三次元造形機構部の構成を示す斜視図、同三次元造形機における三次元造形機構部の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、同三次元造形機における制御系を含む三次元造形機構部を模式的に示す平面構成図、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，４ａ…：フレーム支持部，４ｄ：フレーム支持部，４ｓａ…：弾性支持部，４ｃａ…：可変支持部，５…：弾性部材，Ｓ：設置面，Ｈ：ハウジング部，Ｈｉ：ハウジング部の内面，Ｆ：インナフレーム部，Ｍｘ：Ｘ方向移動機構，Ｍｙ：Ｙ方向移動機構，Ｍｚ：Ｚ方向移動機構，Ｍｏ：三次元造形機構部，Ｒ：造形用材料，Ｒａ：造形材，Ｒｓ：サポート材，Ａ：三次元造形物

Claims

設置面に載置するハウジング部と、このハウジング部の内部に配した、造形テーブルに対して造形用材料を射出する射出ヘッドをＸ方向に相対移動させるＸ方向移動機構，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方向移動機構及び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方向移動機構を有する三次元造形機構部とを備える三次元造形機であって、少なくとも、前記Ｘ方向移動機構，前記Ｙ方向移動機構及び前記Ｚ方向移動機構を含む前記三次元造形機構部の全体を支持するインナフレーム部を設け、このインナフレーム部の複数の異なる位置を、所定範囲の相対変位を許容可能なフレーム支持部を介して前記ハウジング部の内面にそれぞれ結合してなることを特徴とする三次元造形機。
前記フレーム支持部は、弾性部材を介在させて支持する弾性支持部により構成することを特徴とする請求項１記載の三次元造形機。
前記フレーム支持部は、前記インナフレーム部と前記ハウジング部を結合する位置を変更可能な可変支持部により構成することを特徴とする請求項１記載の三次元造形機。
前記インナフレーム部と前記ハウジング部の位置が固定となる一つの固定支持部を備えることを特徴とする請求項１，２又は３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この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１〜４のいずれかに記載の三次元造形機。