JP6452430B2 - パターンの形成方法、パターンの製造装置、立体物の形成方法およびその製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、パターンの形成方法、パターンの製造装置、立体物の形成方法およびその製造装置に関する。

近年、デジタル印刷技術が急速に普及してきている。デジタル印刷は版を必要としないため、少量での生産がし易く、昨今の短納期少量生産に歓迎されている。写真や雑誌などのような一般的な印刷物に関しては、アナログ印刷と遜色ない品質で印刷できるようになったデジタル印刷技術であるが、厚膜印刷に関してはまだ課題が多く残されている。その中でも、インクや記録媒体の材料が限定されることは大きな課題である。厚膜印刷では、通常の印刷物に比べて画像情報以外に盛り込まれる価値が大きい。すなわちそれは、記録媒体やインク（パターニング）材料が広範囲に選べることが重要となる。たとえば、アナログの厚膜印刷技術の方法であるスクリーン印刷技術であれば、印刷画像の一部を厚膜化し意匠価値を高めたり、導電性インクを用いて電気回路などの印刷を行ったりすることが出来る。これに対して、デジタル印刷で、厚膜印刷が可能な手段となっているＵＶ−ＩＪ（インクジェット）方式や、電子写真方式はそれぞれ、インク（パターニング）材料の制約が大きい。ＵＶ−ＩＪであればＩＪで吐出し得る感光性樹脂に限られるし、電子写真方式では、静電気特性の限られた樹脂に限定される。厚膜印刷時に、インク（パターニング）材料の自由度を高める提案がなされている。たとえば、特許文献１に寄れば、印刷したインキが乾燥する前に熱可塑性樹脂を付与し、過熱溶融させることでパターニングが困難な材料を厚膜印刷する方法が開示されている。

特開平１０−４５１３８号公報

この文献に記載の方法を、デジタル印刷の手法、たとえばインクジェット技術と組み合わせれば、広範囲な材料で厚膜印刷が可能であると思われた。

しかし、インクジェット用のインクは非常に低粘度であり、ノズルから吐出されたインク滴は速やかに記録媒体中に吸収が行われないと画像が滲んでしまうため、画像形成後に粉を付与してもインク上に粉体材料を残すことが出来ないことが判明した。さらに、もし、インク上に粉体材料を残すことができたとしても、この組合せではインク吸収性の良い記録媒体にしか印刷できないという大きな制約が残ってしまうことになる。

本発明は、上記を鑑みなされたものであり、粉体を用いて媒体にパターン形成を行なう際の媒体の選択性を広げ、かつ精度よくパターンを形成するパターンの形成方法およびパターンの製造装置を提供することを目的とする。また、上記のパターン形成によって立体物を形成する立体物の形成方法および立体物の製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、第１の液体と前記第１の液体と反応して媒体上で流動が抑制される特性をもつインクとを媒体に付与することにより前記媒体の表面に前記第１の液体と前記インクとによるパターンを形成し、前記パターンに対して前記パターン中の液体成分を減らす処理を行った後に前記パターンに付着するように粉体材料を付与し、前記パターンに付着しなかった前記粉体材料を除去することにより粉体材料によるパターンを形成するパターンの形成方法である。

本発明によれば、媒体上に設けられ、流動が抑制された液体に粉体を付着させてパターンを形成する。これにより、粉体を用いて媒体にパターン形成を行なう際の媒体の選択性を広げ、かつ精度よくパターンを形成するパターンの形成方法およびパターンの製造装置を提供することが可能となる。また、上記のパターン形成によって立体物を形成する立体物の形成方法および立体物の製造装置を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る積層造形装置の概略図である。 図１の積層造形装置の制御系の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る積層造形装置の概略図である。

図１は本発明に関わる立体物の形成方法を実現するための立体物の製造装置である、積層造形装置１００の一例の概略図である。本装置では、ベルト状に配置した転写体１上で立体物の断面パターニングを行い、搬送機構である搬送ローラー２によって各プロセスユニットを通過した後に積層装置８に送り、ここで立体物に積層する。転写体１は中間的な記録媒体として用いられる。

図１の装置において、転写体１の表面に造形物断面パターンとして着色パターン１４を形成した後、立体物に着色パターン１４を転写させる必要がある。そのため、転写体１を形成する材料は着色パターン１４を形成する造形材料に対して離型性の高い材料が好ましい。離型性を有せずとも、たとえば、オフセット印刷のような泣き別れ転写となっても立体物は作成可能であるが、造形精度が劣るものになってしまうため、転写体上の造形材料が全て転写される状態であることが望ましい。

また、転写を安定的に行うためには、転写体１が少なからず弾性を有することが望ましい。転写体１の好適な材料としては、シリコーンゴムやフッ素ゴムが挙げられる。これら材料はパターニングに用いる造形材料によっては弾きが生じてしまうことがあるので、材料に応じて表面処理をして転写体１に用いるとさらに好適である。ゴム硬度は弾性体の厚みにもよるが、厚い場合は硬いゴムを、薄い場合は柔らかめのゴムを用いると良い。厚い場合は８０°ほどの硬いゴムが良いが、図中の装置のように、薄いベルト状の転写体１を扱う場合、ゴム硬度は５０°〜２０°位の柔らかめのゴムを０．１〜０．５ｍｍ程度の薄膜としたものを転写体１として使うと良い。高い精度を求める場合は弾性のない、テフロン（登録商標）シートやサブミクロンの厚みで離型剤がコートされたような平滑フィルムが好適である。ただし、弾性のない転写体を用いる場合、記録媒体と転写体表面を全面に渡って均等に加圧するためには装置や部材に高い寸法精度と制御技術が必要となるため、目的に合わせて選択することが望ましい。

また、金属粉などを造形材料にする場合は耐熱性の高い窒化ホウ素などにより表面を離型処理した転写体１を用いることが好適である。

以下に積層造形装置で行なう積層工程について説明を行なう。図１の装置では、まず転写体１上に第１のインクジェット装置３から第１の液体として、ここでは反応液を吐出し、転写体１上に第１の液体のパターン１１を形成する。ここで、第１の液体を付与する手段として第１インクジェット装置３を例示しているが、これに制限を受けない。たとえば、フレキソ版などの有版方法を適用する事もできる。厚膜エリアを同じにして、同じエリア内で画像や着色を変えたものを複数形成する場合は、有版を用いた方が効率的な場合もある。また、立体物を作成する場合でも、たとえば複数の形状パターンを版内に多面付け配置し、これらの複数の形状パターンによる層を積層することができる。

インクジェット法によるパターニングは、液体を任意にパターニング出来るので特に有効である。インクジェットとしてはサーマルタイプ、ピエゾタイプ、静電タイプ、コンティニュアスタイプなど様々な方式を利用可能であり、基本的に液体を吐出しうるものであれば適宜使用することが出来る。ノズル数に関しても１ノズル（ディスペンサーを含む）であっても、多数のズルを有するラインヘッドであっても良いが、生産性の面ではラインヘッドが好ましい。

第１の液体は、先に反応液を例示して説明を行なったが、これに限定されず、後述する粉体材料を付着できる材料であれば良く、水系、油系インクともに使用することが出来る。記録媒体に第１の液体を吐出して直接パターニングを行う場合は、少なくとも粉体材料を付与するまでの間は粘着性を保つ必要があり、その点では表面張力を高く設計できる水系インクが好適である。

後に付与する粉体材料にプラスチック系を用いる場合、プラスチックには表面が親油性のものが多く、水性インクではなじみが悪いものがある。これに対しては、たとえば、水溶性有機溶剤や界面活性剤を添加することでなじみやすくすることが出来る。

好ましい手法としては、水溶性有機溶剤や界面活性剤を添加した水性インクを付与した後、インク中の水を蒸発させて水溶性有機溶剤比率を高めることで粉体との親和性を上げる事が出来る。

添加する水溶性有機溶剤に特に制約は無い。表面張力や乾燥性、粘度などの特性を用いる材料に合わせて選択することが望ましい。たとえば、水溶性有機溶剤としては、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類、アセトン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類を利用できる。また、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類を利用できる。また、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２，６−ヘキサントリオール、チオジグリコール、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール等のアルキレングリコール類を利用可能である。さらにエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコールの低級アルキルエーテル類も利用可能である。さらにエタノール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール等の１価アルコール類が利用可能である。その他、グリセリン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチル−イミダゾリジノン、トリエタノールアミン、スルホラン、ジメチルサルホキサイド等も利用可能なものとして挙げられる。

界面活性剤の例としては、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、水溶性のアニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤等が挙げられる。

また、第１の液体は、粉体材料を供給した後に付与される第２の液体と接触することで反応するインク、特にインクの流動性を抑制させるような反応を引き起こすようなインクであると、第２の液体で形成する画像の品質を向上させることが出来る。

反応の種類と反応材料は、目的に応じて第２の液体との組み合わせで選択する。たとえば、インクジェットインクとして好適に用いられる水系インクを例にとると、凝集反応、ゲル化反応、塩析出反応、酸塩基反応などが単独、もしくは複合的に利用しうるが、中でも凝集反応は好適である。特に、顔料インクに対して金属塩を反応液とする組み合わせはバインダーの総量を低く設計出来、インク膜を薄くできるため画像品質が良く、反応速度も速いので生産性の面でも好適である。

上記の反応材料の例としては、インクと逆極性を有するイオン性物質が挙げられる。通常のインクジェットインクはアニオン性で設計することが好ましく、これに対する反応材料は金属塩水溶液、とりわけ２価以上の多価金属塩水溶液が好ましい。多価金属塩とは、二価以上の多価金属イオンと、これら多価金属イオンに結合する陰イオンとから構成される。多価金属イオンの具体例としては、Ｃａ２＋、Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋、Ｍｇ２＋、Ｚｎ２＋等の二価金属イオン、そしてＦｅ３＋、Ａｌ３＋等の三価金属イオンが挙げられる。又、これらと結合する陰イオンとしては、Ｃｌ−、ＮＯ３−、ＳＯ４２−、Ｉ−、Ｂｒ−、ＣｌＯ３−、ＲＣＯＯ−（Ｒは、アルキル基）等が挙げられる。

これらの金属塩と酸を併用するとさらに反応性を高めることが出来る。酸は、インクに添加する塩基成分により容易に反応させることが出来るので、単独で用いる事もできる。

酸としては、特に有機酸が好ましく、具体例としては、シュウ酸、ポリアクリル酸、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、マロン酸、リンゴ酸、マレイン酸、アスコルビン酸、コハク酸、グルタル酸、グルタミン酸が挙げられる。また、フマル酸、クエン酸、酒石酸、乳酸、ピロリドンカルボン酸、ピロンカルボン酸、ピロールカルボン酸、フランカルボン酸、ビリジンカルボン酸、クマリン酸、チオフェンカルボン酸、ニコチン酸、オキシコハク酸、ジオキシコハク酸等も挙げられる。

第１の液体中に固形分が入っても良いが、第１の液体中の固形分が少ない程、画像膜中の粉体材料比率を高くすることが出来る。たとえば、本実施形態において立体物を作る場合には、後から付与する粉体材料の比率を高めることで強度や、使用後のリサイクル性を高めることが出来る。

また、第１の液体の機能を後に付与する粉体材料の固定材に特化したものとしてもよい。第１の液体を粉体材料の固定材に特化させる大きなメリットとして、膜厚の均一化があげられる。例えばカラー画像など複数のインクからなるパターンは、２次色、３次色の部分に単色部より何倍も多くのインクが付与される結果、厚膜のパターンとなる。粉体材料は基本的に液体膜の厚みに比例して付着量が決まるので、画像内で粉体材料の付着量が異なると当然仕上がった層の膜厚も一定とならなくなる。厚膜印刷時の美観を損なうことにもなるし、厚膜の層を積層して立体物を作る場合は画像の厚さの誤差が立体物の形状ひずみとなるので、上記メリットは重要である。

上記のような観点から、第１の液体を付与量を面内で極力均一に付与することが望ましい。色としては、後に付与する第２の液体での画像形成時に、発色の乱れを抑制すべく透明色であったり、画像色彩に影響の無い白などの無彩色であることが好ましい。

安定な膜厚を得るためには、粉体材料は所定サイズに分級したものを用いて、第１の液体による付着力を発揮しうる範囲で極力薄く構成することが望ましい。

第１の液体の厚みは、図１に示す水分除去装置５などの付加機構で液体中の溶媒としての成分、例えば水分等を除去して調整する事も可能である。第１の液体は単独ではなく、複数液を用いても良い。インクジェットを用いる場合、吐出できる液体の粘度が限定されるので、２液で反応を起こし、粘着性を高めるような材料も使うことが出来る。

第１の液体として複数の体を用いる事で第１の液体のパターンを安定させる事が出来る。たとえば、記録媒体がインク非吸収面であったり、インクを弾きやすいような転写体表面であると、第１の液体のパターン形成から粉体材料を供給するまでの間にインクパターンが設計位置から移動してしまうことも想定される。そうした場合には、第１の液体のパターンに従って粉体材料は着材するので、最終的な厚膜画像の品質が心配される。特に、第１の液体の膜厚を薄くさせる目的で水分除去を行うと、記録面の特性によっては第１の液体のパターンの乾燥に伴う体積の減少によるパターンの変化が顕著になってしまう場合がある。また、水分除去を行わなくても第１の液体付与から粉体材料供給までの経過時間が長ければ、表面張力等によって第１の液体のパターンが変形してしまう畏れがある。

このような記録面でのインク弾きを防止するためには、たとえば、第１の液体に反応液と、反応液の流動を押さえる液体（反応液流動抑制液体）と、の２液を用いる事が出来る。具体的には、反応液に対し、粉体材料供給前に、反応液と逆極性を有するような無色、あるいは無彩色のインクを用いたり、後述する第２の液体としての有色インクの一部もしくは全部を反応液付与後速やかに付与する事でも反応液の流動を抑制出来る。反応液流動抑制液体が透明であったり、目立たない程度の薄い色である場合は、着色しない部分にも反応液流動抑制液体を付与する事が望ましい。

有色インクを反応液流動抑制液体として利用する場合は、有色インクが反応液と反応し、反応液の流動を抑制出来る。例えば、着色部に一定量の有色インクを付与し、さらに最終的に濃い色の画像を形成する部分には、後述する第２のインクジェット装置４から追加のインクを吐出するようにしてもよい。この時、反応液パターン中の着色部でない部分に対して、透明な反応液流動抑制液体を付与しても差し支えない。

時間的な目安としては、第１の液体のパターン形成から数秒もしくは数十秒間隔を置いて粉体材料を供給する場合は、反応液と反応液流動抑制液体の組み合わせで第１の液体を構成する事が望ましい。

記録面と反応液の親和性にもよるが、反応液と、反応液流動抑制液体の付与タイミング差は数秒以内、好ましくは１秒以内である事が望ましい。

また、第１の液体を複数液で構成する場合、第１の液体を単独液体で形成する場合より液体膜厚が増加する可能性が高く、水分除去装置もしくは時間経過により乾燥させて第１の液体の膜厚を減少させてから粉体材料を供給する事が望ましい。反応液流動抑制液体の組成としては、付与後の水分除去工程によって膜厚を減少させられるという点から、液体中の固形分は少ない事が望ましい。ただし、付与量、粘度を考慮して付与量が多くなりすぎず、また吐出が安定に行えるように、固形分の分量を決定するとよい。

粘度や固形分の目安は、適正範囲は用いる材料と造形する形状や精度に寄って異なるが、粘度としては１００ｍＰａ・ｓ以下、好ましくは５０ｍＰａ・ｓ以下、さらに好ましくは２０ｍＰａ・ｓ以下であると良い。固形分としては２０％以下、好ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下であると良い。

粉体材料付与時の第１の液体の厚みの目安としては、付与する粉体材料粒子直径の２０％以下、好ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下とすることが望ましい。

反応液流動抑制液体の供給は、液的を設計位置に非接触で配置する事が出来るインクジェット装置や飛翔タイプのディスペンサーが好ましく用いられる。

第１の液体を複数で用いる場合の装置例を図３に示す。図３は、反応液流動抑制液体を付与するための第３のインクジェット装置２１を第１のインクジェット装置と別体のものとして搭載している。その他の点は図１で説明したものと同様である。図３では、第１の液体を構成する複数の液体を２つのユニットのインクジェット装置から付与する例を示している。しかし、第１の液体を構成する２つまたはそれ以上の液体を、２つまたはそれ以上のユニットから吐出するようにする事も可能である。第１の液体はプロセス上、粉体材料を付着させる機能を発現させるものなので、第１の液体の品質（たとえば付着力やパターン精度）を向上させる事が出来る。もちろん、図１に示す第１のインクジェット装置３が、反応液と、反応液の流動を抑制させる液体との両方を吐出させることができ、図３の第３のインクジェット装置２１の機能も果たすようにしてもよい。

また、反応液と、反応液流動抑制液体の付与順序はどちらが先でも構わない。

次いで、水分除去装置５によって、第１の液体のパターンにおいて溶媒成分である水分の量が低減され、第１の液体のパターンはモデル材粉末付与装置６の位置まで搬送する。ここで、搬送された第１の液体のパターンにモデル材粉末付与装置６によって粉体材料を付与する。これによって粉体パターン１２を形成する。粉体材料の固定は第１の液体の粘着力でなされるので、材料選択性は広く、粒子化し得る材料であれば適応可能である。付与した粒子を最終的に溶融させて一体化させる点からは、熱可塑性樹脂などが好適に使用される。たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ＡＢＳ、ポリ乳酸、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリテトラフロロエチレン、アイオノマ−、ＥＶＡなどの熱可塑性の樹脂が挙げられる。樹脂の他にも、金属やガラス、セラミックなどの加熱溶融成型が可能な材料を用いることができる。また、粉体表面にインク付着性や発色性、粒子同士の固定を補助するような表面処理を行う事もできる。粒子の形状も特段の制約はないが、画像部に付着させやすく、非画像部を除去しやすい点で、球形状が好ましい。出来上がりの層の膜厚を均一にするためには、粒子を綺麗に１層並べることが望ましく、そのためには粒子サイズは揃っている方が良い。当然、粒子サイズが大きい方が厚膜となり、用いる材料の粒子径で膜厚を制御することが出来る。

また、粒子の内部構造を多孔質化すると、インクの発色がよくなる場合もある。モデル材粉末付与装置における粉体の付与手段に特段の制限はない。吹き付けや流動で転写体の少なくとも第１の液体によるパターンエリア全域に供給し、振動や送風、吸引等の手段で第１の液体によって固定されている部分以外の粉体材料を除去する手段を適用することができる。また、静電気等の別手段を用いて粉体をあらかじめ仮パターニングしておき、第一液のパターンに合わせて部分的に粉体を供給する事もできる。造形材料の付与と除去は別工程で行っても良いし、一括して同時に行っても良い。たとえば、第１の液体のパターンに向けて送風し、送風に構造材粒子を乗せて吹き付ければ粉体パターン１２の形成と不要な粉体の除去を同時に処理することが出来る。

さらに、複数の粉体材料を用いることもできる。たとえば、第１粉体材料を配置する部分に第１液を付与し第１粉体材料をパターニングする。その後、第２粉体材料を配置する位置に、再び第１の液体をパターニングし、第２粉体材料を付着させる。このようにすれば、同一平面内に複数の材料を配置することが出来、画像膜や造形物の硬さを部分的に変えたりすることが出来る。

次いで、粉体パターン１２に対して、第２のインクジェット装置４から第２の液体として有色のインクを付与することで、着色された粉体のパターンである着色粉体パターン１３を形成する。図１では第２のインクジェット装置４からカラーインクを付与する構成を例示しているが、これに限定されない。しかし、転写体１に液体付与装置である第２のインクジェット装置４が接触せずに、第２の液体を粉体パターンに付与することが出来るので、インクジェットは極めて有用な手段である。特に、後述する形成中の構造体に対して粉体粒子を用いて作成した層を転写して積層を行うことを前提とする場合、転写体と粉体粒子とを強固に固定出来ない。一方、接触記録方法では粒子が逆トラッピングされてしまう事もある。

また第２のインクジェット装置４に関する制約は、先に挙げた第１のインクジェット装置と同様であり、インクジェット法であれば別段の制限無く使用できる。

第２の液体としてのインクは特に限定を受けないが、基本的には装飾効果の高いカラーインクが用いられる。インクとしては水系、油系どちらでも良いが、第１の液体と反応させる場合は水系インクがより好ましい。水系インクで使用できるイオン反応は、非常に高速であるので、乱れが少ない画像を再現できる。特に、第２の液体に顔料インクを用いた水系インクを、第１の液体に金属塩水溶液を用いたインクセットは本実施形態において好適な組合せである。

顔料インクの場合、色材としての顔料の他に、分散樹脂、分散助剤、水溶性有機溶剤、ｐＨ調整剤、界面活性剤、水などを添加して物性を整えることが出来る。各材料の配合比は印刷する画像や、用いる反応液に合わせて配合することが望ましいが、目安として、顔料１〜１０％、水溶性有機溶剤５〜３０％、水７０〜９０％、その他の材料は数％以下程度である。

第１の液体に反応液を用いれば、第２の液体が複数の色インクであっても色混じりは起こらず高品位の画像が形成できる。そして、粉体のパターニングは第１の液体を用いて既になされているので、インク付与量の差が生じても粉体の付着量に影響は無いのである。

着色粉体パターン１３の形成を上記のように第１の液体、粉体材料、第２の液体の順に転写体１上に付与して行うことで得られる利点は他にもある。例えば、着色粉体パターン１３から形成した層を他のものに転写する方式の場合、第１の液体に反応液を用い、粉体材料より先に第２の液体を付与すると、反応が転写体側に作用して画像膜が剥れにくくなるケースが想定される。一方、本実施形態の順であると反応は粉体材料の方に強く作用するので転写率が低下しにくく、インク膜と粉体材料間の固定も確実となる。また、粉体材料上面に粘着性を持たせられるので、記録媒体に転写後、粉体樹脂を膜化することが出来る。結果、転写体の材料自由度や寿命、精度（熱膨張）や生産性で有利である。

さらに、着色粉体パターン１３によって形成した層の側面の着色状態が均一となるように着色できるので、立体物作成時の側面の発色性が自然になる事も大きなメリットである。

次いで、ベルト状の転写体１上にパターニングされた第１の液体、粉体材料、第２の液体によって形成された着色粉体パターン１３は加熱装置７による加熱位置に搬送される。ここで加熱装置７から着色粉体パターンに熱線を放射して着色粉体パターンを被膜化させる。加熱手段の加熱方式に特段の制限は無く、例えば接触式のヒートローラーを用いる事もできるし、非接触式のＩＲやマイクロ波を照射する方式でも良い。他にも、レーザー光のようなエネルギー線を走査して加熱することもできる。また、加熱装置７は転写体１の裏面に設けられていてもよい。

また、あらかじめ着色粉体パターン１３を形成する材料中に紫外線硬化成分などの光硬化性分を含めておき、光硬化させることで被膜化させる事もできる。この場合、被記録媒体もしくは形成途中の構造体に着色粉体パターンを接触させた状態で硬化させるための光を照射し、転写と接着を同時に行う事もできる。

以上のようにして着色粉体パターン１３を被膜化して形成された着色パターン１４は、積層装置８と対向する位置に搬送され、積層装置８と位置決めされた後、形成途中の構造体１０と合わせられる。着色パターン１４による層が形成途中の構造体１０と接触し、その状態で冷却することで形成途中の構造体１０に着色パターン１４を付着させる。あらかじめ被膜化した着色パターン１４を冷却して硬化させた後に接着剤等を用いて形成途中の構造体１０に付着させてもよい。このとき転写体１の裏面のバックプレート９を利用して構造体１０に着色パターン１４を付着させる。

なお、図１に示す装置では粉体材料を転写体１上で溶融して膜化する方式をとっているが、第２の液体付与後に記録媒体に転写し、記録媒体上で膜化させる事もできる。第１、第２の液体、粉体材料、記録媒体の組み合わせによっては、その方が記録媒体への付着が強固になる場合もある。

また、粉体材料を溶融させずに粒子のまま最終物に用いる事もできる。

さらに、図１中には記載していないが、オーバーハング形状を積層造形法で作成する場合、一般的にサポートと呼ばれる一時的な支持部材を必要とするが、使用する材料や構造体の用途に応じて適宜作成することが望ましい。この場合には積層造形装置にサポート材供給装置を設けて、形成途中の構造体を支持するサポート材を形成するためのサポート材料をサポート材供給装置（ここでは不図示）から供給する。

以上の工程を予め設計した回数分繰り返して、構造体が作成される。

図２は図１の積層造形装置１００の制御系の一例を示す図である。装置全体を符号１００で示す積層造形装置１００において、１０１は系全体の主制御を成すＣＰＵであり、各部を制御する。１０２はメモリであり、ＣＰＵの基本プログラムを格納したＲＯＭや、インターフェイス１０３から取り込まれる印刷物データ１０４の保存や、データ処理を行うためのワークに使用されるＲＡＭ等により構成される。これらは共通のバスに接続されている。

ＣＰＵ１０１が印刷開始の信号を受取ると、設定された条件に従い取得した印刷物データ１０４を実際にパターニングするためのスライスデータに変換する。さらに、スライスデータの中から、バスを通じて、全インク付着エリアの情報を第１のインクジェット装置３へ、着色インク付与エリアの情報を第２のインクジェット装置４へ送信する。また、図３で示す形態の装置を用いる場合には、反応液流動抑制液体の付与情報および必要に応じて着色インクの情報を同じくバスを通じて第３のインクジェット装置２１（図２では不図示）へ送信する。同時に搬送ローラー２、第１のインクジェット装置３、第２のインクジェット装置４、モデル材粉末付与装置６、加熱装置７、積層装置８、サポート材供給装置１５の状態確認のための通信を行う。印刷可能であることが確認できれば、搬送ローラー２により転写体１が搬送される。転写体１の位置がエンコーダ１０５の信号により位置決めされると、第１のインクジェット装置３、第２のインクジェット装置４、水分除去装置５、モデル材粉末付与装置６、加熱装置７、積層装置８が所定動作を行う。この所定動作を予め設定された回数繰返すと立体物が完成する。

以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明する。

（実施例１）
図３の装置を用いて積層造形を行った。

造形物のデータはあらかじめ任意の層間隔でスライスデータとしておいた。実施例１では１００μｍ間隔のスライスデータを使用した。

転写体１は０．４ｍｍのＰＥＴフィルム表面に、ポリイミドテープ（３Ｍ社製、商品名；５４１９）を貼付したものを用いた。

次いで、第１のインクジェット装置３を使用して、インクの色交じりを防止する効果を有する反応液（下記処方）を、形成する断面パターンに対応する位置に付与した。

（反応液処方）
・Ｃａ（ＮＯ_３）_２・４Ｈ_２Ｏ：５０質量部
・界面活性剤（川研ファインケミカル製、商品名；アセチレノールＥＨ）：１質量部
・ジエチレングリコール：９質量部
・純水：４０質量部
次いで、第３のインクジェット装置２１を使用して、形成済みの反応液パターン上に反応液流動抑制液体（下記処方：粘度２．１ｍＰａ・ｓ）を付与した。

（反応液流動抑制液体）
・酸化チタン（石原産業社製、商品名；ＴＴＯ−５５）：３質量部
・スチレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体（酸価２４０、重量平均分子量５０００）：１質量部
・グリセリン：１０質量部
・エチレングリコール：５質量部
・界面活性剤（川研ファインケミカル製、商品名；アセチレノールＥＨ）：１質量部
・純水：８０質量部
次いで転写体１上に上述のようにして形成されたパターン１１を、水分除去装置５を用いて乾燥させた。

次いで、乾燥後の転写体１上のパターン１１に粉体材料としてポリプロピレン粒子（平均粒径２００μｍ）をモデル材粉末付与装置６としてのブレードコーターにて付与した。

次いで、市販の除電エアガン（元圧０．２５Ｐａ）を用いて空気を転写体１に吹き付け、パターン外の粉体材料を除去した。こうして粉体パターン１２を形成した。

次いで、第２のインクジェット装置４から下記処方のカラーインクを粉体パターン１２に付与し、着色を行い、着色粉体パターン１３を形成した。

（インク組成）
・下記顔料：３質量部
ブラック：カーボンブラック（三菱化学製、商品名；ＭＣＦ８８）、シアン：ビグメントブルー１５、マゼンタ：ピグメントレッド７、イエロー：ピグメントイエロー７４
・スチレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体（酸価２４０、重量平均分子量５０００）：１質量部
・グリセリン：１０質量部
・エチレングリコール：５質量部
・界面活性剤（川研ファインケミカル製、商品名；アセチレノールＥＨ）：１質量部
・純水：８０質量部
次いで、転写体１の裏面からヒータにて加熱を行い、約１７０℃で着色粉体パターンを溶融、膜化させて着色パターン１４の層を得た。

次いで、着色パターンの１４の層を積層装置８の位置に搬送し、位置決めを行った後に積層装置の造形台を転写体表面とのギャップが１００μｍとなる位置まで降下させて造形台表面に着色パターンの層を接触させた。

以上の操作を繰り返し、以降は先の積層物に新たな層を重ねることによって合計１０００回の積層が完了すると高さ１０ｃｍ分の積層が終了し、立体状の造形物が得られた。

また、以上では、着色粉体パターンから得られる着色パターンの層を積層することで立体物を形成したが、以下の実施例２に示すように、記録媒体上に第１の液体、粉体材料、第２の液体の順に付与することで厚膜の印刷物としての配線基板を印刷してもよい。

（実施例２）
図３の装置のパターン形成部を用いて厚膜印刷を行う例を示す。

電気基板用エポキシ樹脂版（厚み１ｍｍ・市販品）上に第１のインクジェット装置３を用いて下記反応液で回路パターン（回路線幅０．２ｍｍ）を直接パターニングした。

（反応液処方）
ＡｌＫ（ＳＯ_４）_２・１２Ｈ_２Ｏ：４０質量部
スチレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体（酸価２７０、重量平均分子量１５００）：３質量部
・界面活性剤（川研ファインケミカル製、商品名；アセチレノールＥＨ）：１質量部
ジエチレングリコール：１３質量部
純水：４３質量部
次いで、第３のインクジェット装置２１を使用して、形成済みの反応液パターン上に反応液流動抑制液体（下記処方：粘度３．０ｍＰａ・ｓ）を付与した。

（反応液流動抑制液体）
・酸化チタン：ＴｉＯ_２（ルチル型）：５重量部
・樹脂 スチレン−アクリル酸エチル共重合体：２重量部
（酸価２２０ 平均分子量５０００）
・エチレングリコール：４重量部
・エチルアルコール：４重量部
・界面活性剤：界面活性剤（川研ファインケミカル製 アセチレノールＥＨ）：１重量部
・純水：８４部

次いで、得られた反応液パターンを水分除去装置からの５０℃の温風で５分間乾燥した後、モデル材粉末付与装置でソルダーボール（φ２０μｍ・市販品）を反応液パターン上に付与し、基板を振動させる事でパターン外のソルダーボールを除去した。

次いで、得られたソルダーボールパターンに対し、第２のインクジェット装置で下記着色インクを付与した。その際、設計上の５Ｖ配線に対してはプラス側とマイナス側とで赤、黒の２色に分け、設計上の２．５Ｖ配線に対してはプラス側とマイナス側とで青、黄の２色に分かれるように第２のインクジェット装置４で下記着色インクを付与した。

（インク処方）
・顔料：１０重量部
黒：ＣｕＯ・Ｃｒ_２Ｏ_３
青：ＣｏＯ・Ａｌ_２Ｏ_３
赤：ＣｄＳ・３ＣｄＳｅ
黄：ＣｄＳ
透明：顔料なし
・樹脂 スチレン−アクリル酸エチル共重合体：２重量部
（酸価２２０ 重量平均分子量５０００）
・エチレングリコール：４重量部
・エチルアルコール：４重量部
・界面活性剤：界面活性剤（川研ファインケミカル製 アセチレノールＥＨ）：１重量部
・純水：７９部
＊透明インクは顔料の代わりに純水を配合

次いで、パターンを形成した基板を２２０℃の加熱炉で５分加熱した。ソルダーボールが溶融し、使用電圧毎に色分けされた配線基板が得られた。

（実施例３）
図３の装置のパターン形成部を用いて厚膜印刷を行う例を示す。

画像データとしてインク付与量０％〜２４０％で構成される高濃度部を含む風景写真画像を用いた。高濃度部の着色のために、第１の液体と第２の液体の両方で着色インクを使用した例である。

白色ガラス板（厚み１ｍｍ・市販品）上の、写真画像の厚膜形成部に第１のインクジェット装置３を用いて反応液とインクを付与した。下記反応液を一様に１１％で付与し、連続して下記着色インク（透明厚膜部にはクリアインク）を画像データに従い６色のインク総量が１００％が上限となるように付与し、第１の液体のパターン１１を形成した。

実施例３では、インク付与量について、１２００ｄｐｉ解像度において、各ポイントに４ｐｌの液滴１発付与を１００％と定義する。

（反応液処方）
・Ｃａ（ＮＯ_３）_２・４Ｈ_２Ｏ：５０質量部
・界面活性剤（川研ファインケミカル製、商品名；アセチレノールＥＨ）：１質量部
・ジエチレングリコール：９質量部
・純水：４０質量部

（インク組成）
・下記顔料：３質量部
ブラック：カーボンブラック（三菱化学製、商品名；ＭＣＦ８８）、シアン：ビグメントブルー１５、マゼンタ：ピグメントレッド７、イエロー：ピグメントイエロー７４、ホワイト：酸化チタン、クリア：シリカ系微粒子
・スチレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体（酸価２４０、重量平均分子量５０００）：１質量部
・ジエチレングリコール：１０質量部
・エチレングリコール：５質量部
・界面活性剤（川研ファインケミカル製、商品名；アセチレノールＥＨ）：１質量部
・純水：８０質量部

次いで、得られた第１の液体のパターンを水分除去装置で５０℃温風５分間乾燥した後、粉体材料としてポリプロピレン粒子（平均粒径２００μｍ）を第１の液体のパターン１１上に噴きつけた。

次いで、市販の除電エアガン（元圧０．２５Ｐａ）を用いて空気を転写体１に吹き付け、第１の液体のパターン１１外の粉体材料を除去した。これにより粉体パターン１２を得た。

次いで、第２のインクジェット装置４から第１液で設計インク総量に達していない領域（インク付与量１００〜２４０％の領域）に上記処方のカラーインクを付与した。これにより着色粉体パターン１３を得た。

次いで、転写体１の裏面からヒータにて加熱を行い、約１７０℃で着色粉体パターン１３を溶融、膜化させて着色パターン１４を得た。

このようにして、高精細且つ高濃度な画像を含む写真画像の厚膜印刷物を得た。

Claims (17)

1. 第１の液体と前記第１の液体と反応して媒体上で流動が抑制される特性をもつインクとを媒体に付与することにより前記媒体の表面に前記第１の液体と前記インクとによるパターンを形成し、前記パターンに対して前記パターン中の液体成分を減らす処理を行った後に前記パターンに付着するように粉体材料を付与し、前記パターンに付着しなかった前記粉体材料を除去することにより粉体材料によるパターンを形成するパターンの形成方法。
2. 前記媒体は転写体であり、請求項１に記載のパターン形成方法により得られたパターンを別の媒体に転写することを特徴とするパターンの形成方法。
3. 前記インクは前記第１の液体と接触することで凝集反応を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のパターンの形成方法。
4. 前記インクは有色インクであり、第１の液体は前記有色インクと反応する反応液であることを特徴とする請求項３に記載のパターンの形成方法。
5. 前記有色のインクは顔料インクであり、前記第１の液体は前記顔料インクに作用する金属塩を含むことを特徴とする請求項４に記載のパターンの形成方法。
6. 前記反応液を付与した後に前記有色インクを付与することを特徴とする請求項４または５に記載のパターンの形成方法。
7. 前記粉体材料によるパターンに有色のインクをインクジェット法により付与する請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパターンの形成方法。
8. 前記粉体材料は熱可塑性樹脂を含み、形成された前記パターンを加熱して溶融することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のパターンの形成方法。
9. 前記インクは透明のインクであり、第１の液体は前記透明のインクと反応する反応液であることを特徴とする請求項３に記載のパターンの形成方法。
10. 前記第１の液体と前記インクとによるパターンを形成した後に、前記パターン中の溶媒を減らし、その後に前記パターンに粉体材料を付与することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のパターンの形成方法。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のパターンの形成方法により形成したパターンによる層を積層することにより立体物を形成する立体物の形成方法。
12. 有色インクと前記有色インクと反応する反応液とを媒体に付与することにより前記媒体の表面に前記有色インクと前記反応液とによるパターンを形成し、当該パターン中の溶媒を減らした後に前記パターンに付着するように粉体材料を付与し、前記パターンに付着しなかった前記粉体材料を除去することにより粉体材料によるパターンを形成するパターンの形成方法。
13. 有色インクと前記有色インクと反応する反応液とを媒体に付与することにより前記媒体の表面に前記有色インクと前記反応液とによるパターンを形成し、当該パターン中の溶媒を減らした後に前記パターンに付着するように粉体材料を付与し、前記パターンに付着しなかった前記粉体材料を除去することにより粉体材料によるパターンを形成することによって、複数の前記粉体材料によるパターンを形成し、前記複数のパターンを積層することによって立体物を形成する立体物の形成方法。
14. 第１の液体と前記第１の液体と反応して媒体上での流動が抑制される特性をもつインクとを媒体に付与することにより前記媒体の表面に前記第１の液体と前記流動抑制液体とによるパターンを形成する形成手段と、
    前記形成手段によって形成された前記パターンに対して前記パターン中の溶媒を減らす処理を行う低減手段と、
    前記形成手段によって形成された前記パターンに付着するように粉体材料を付与する付与手段と、
    前記付与手段によって付与され前記パターンに付着しなかった前記粉体材料を除去する除去手段と、
    を有するパターンの製造装置。
15. 第１の液体と前記第１の液体と反応して転写体の表面での流動が抑制される特性をもつインクとを転写体に付与することにより前記転写体の表面に前記第１の液体と前記流動抑制液体とによるパターンを形成する形成手段と、
    前記形成手段によって形成された前記パターンに対して前記パターン中の溶媒を減らす処理を行う低減手段と、
    前記形成手段によって前記表面に形成された前記パターンに付着するように粉体材料を付与する付与手段と、
    前記付与手段によって付与され前記パターンに付着しなかった前記粉体材料を除去する除去手段と、
    前記除去手段によって前記パターンに付着しなかった前記粉体材料が除去されて得られた前記転写体上の前記粉体材料によるパターンによる層を形成途中の立体物に転写する手段と、
    を有する立体物の製造装置。
16. 前記インクは有色のインクであり、第１の液体は前記有色インクと反応する反応液であることを特徴とする請求項１５に記載の立体物の製造装置。
17. 有色インクと前記有色インクと反応する反応液とを転写体に付与することにより前記転写体の表面に前記有色インクと前記反応液とによるパターンを形成する形成手段と、
    前記形成手段によって形成された前記パターンに対して前記パターン中の溶媒を減らす処理を行う低減手段と、
    前記低減手段によって溶媒が減らされた前記転写体上のパターンに付着するように粉体材料を付与する付与手段と、
    前記付与手段によって付与され前記パターンに付着しなかった前記粉体材料を除去する除去手段と、
    前記除去手段によって前記パターンに付着しなかった前記粉体材料が除去されて得られた前記転写体上の前記粉体材料によるパターンによる層を形成途中の立体物に転写する手段と、
    を有する立体物の製造装置。

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