JP6897700B2 - 造形装置、造形物の造形方法 - Google Patents

Description

本発明は、造形装置及び造形物の造形方法に関する。

従来、第１紙シート材と第２紙シート材との間に接着層を形成し、当該接着層を介して第１紙シート材と第２紙シート材とを互いに接着して３次元物体を造形するシート積層造形方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２７８２１４号公報

しかしながら、上記シート積層造形方法では、第１紙シート材と第２紙シート材との間に接着層が介在するため、接着層の厚みのばらつきにより造形物の寸法精度が低下してしまう、という課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる造形装置は、繊維を熱可塑性樹脂により結着したシートが載置される載置部と、前記載置部に載置された第１のシートを、造形データに基づいて、造形物を構成する有効領域と、造形物を構成しない不要領域とに切断する切断部と、前記切断部により切断された前記第１のシートの前記不要領域の一部を切削して除去する除去部と、前記除去部により前記不要領域が除去された前記第１のシートの上に、第２のシートを積み重ねる積層部と、前記第２のシートを加熱して前記熱可塑性樹脂の少なくとも一部を溶融させ前記第１のシートと接着させる加熱部と、を有し、前記切断部によるシートの切断と、前記除去部によるシートからの不要領域の除去と、前記積層部によるシートの積み重ねと、前記加熱部によるシートの接着とを繰り返すことにより造形物を造形することを特徴とする。

この構成によれば、第１のシートと第２のシートとが各シートに含まれる熱可塑性樹脂によって互いに接着される。従って、第１のシートと第２のシートとの間に接着層が介在しないため、精度の高い造形物を形成することができる。さらに、除去部により第１のシートの不要領域の一部分、例えば、造形物において凹部や中空部に対応する部分が除去された状態で第２のシートが積層されるので、中空構造の造形物を作成することができる。

［適用例２］上記適用例にかかる造形装置の前記除去部は、回転する切削刃を有することを特徴とする。

この構成によれば、シートを自在に切削可能となる。従って、あらゆる形状の造形物を形成することができる。

［適用例３］本適用例にかかる造形装置は、繊維を熱可塑性樹脂により結着したシートを積層して造形物を造形する造形装置であって、造形データに基づいて、造形物を構成しない不要領域の一部を、シートから除去する除去部と、前記不要領域の一部が除去されたシートを、載置部上の最上位に載置する積層部と、前記載置部上の最上位のシートを加熱して前記熱可塑性樹脂の少なくとも一部を溶融させ下位のシートと接着させる加熱部と、前記最上位のシートを、造形データに基づいて、造形物を構成する有効領域と、造形物を構成しない不要領域とに切断する切断部と、を有し、前記除去部によるシートからの不要領域の一部の除去と、前記積層部によるシートの積み重ねと、前記加熱部によるシートの接着と、前記切断部によるシートの切断と、を繰り返すことにより造形物を造形することを特徴とする。

この構成によれば、上位のシートと下位のシートとが各シートに含まれる熱可塑性樹脂によって互いに接着される。従って、シート間に接着層が介在しないため、精度の高い造形物を形成することができる。さらに、不要領域の一部分、例えば、造形物において凹部や中空部に対応する部分が除去されたシートが積層されるので、中空構造の造形物を作成することができる。

［適用例４］上記適用例にかかる造形装置の前記加熱部は、前記第２のシートに面接触し、加圧するとともに加熱することを特徴とする。

この構成によれば、加圧による成形と加熱による接着とが同時に行われるので、製造効率を高めることができる。

［適用例５］上記適用例にかかる造形装置は、繊維を含む原料を大気中で解繊する解繊部と、前記解繊部により解繊された解繊物に熱可塑性樹脂を混合させた混合物を堆積させる堆積部と、前記堆積部により堆積した堆積物を加圧加熱してシートを成形する成形部と、を有し、前記成形部により成形されたシートを用いて前記造形物を造形することを特徴とする。

この構成によれば、原料として古紙を用いることにより、古紙から造形物を作成することができる。

［適用例６］上記適用例にかかる造形装置では、前記解繊物と混合される前記熱可塑性樹脂は、粉体または繊維状であることを特徴とする。

この構成によれば、解繊物の繊維同士を確実に結着させることが可能となる。

［適用例７］上記適用例にかかる造形装置では、前記成形部による第１加熱温度と、前記加熱部による第２加熱温度は、前記熱可塑性樹脂の融点≦第１加熱温度≦第２加熱温度、を満たすことを特徴とする。

この構成によれば、第１加熱温度は熱可塑性樹脂の融点以上であるため、シートを構成する繊維同士を確実に結着させることができる。また、第２加熱温度は、第１加熱温度以上であるので、第１のシートと第２のシートとを熱可塑性樹脂により確実に接着させることができる。

［適用例８］上記適用例にかかる造形装置では、前記積層部によりシート（前記第２のシート）を積み重ねる前に、前記載置部上のシート（前記第１のシート）の少なくとも前記有効領域の輪郭部を着色する着色部を有することを特徴とする。

この構成によれば、着色されたシートが積層されるため、色付きの造形物を作成することができる。

［適用例９］上記適用例にかかる造形装置の前記着色部は、熱または光により硬化する着色用液体によりシート（前記第１のシート）を着色することを特徴とする。

この構成によれば、発色性がよく光沢を出すことができる。また耐湿性も向上させることができる。

［適用例１０］本適用例にかかる造形物の造形方法は、（ａ）繊維を熱可塑性樹脂により結着したシートを載置部に載置し、（ｂ）前記載置部に載置された第１のシートを、造形データに基づいて、造形物を構成する有効領域と、造形物を構成しない不要領域とに切断し、（ｃ）前記第１のシートの前記不要領域の一部を切削して除去し、（ｄ）前記不要領域が除去された前記第１のシートの上に、第２のシートを積み重ね、（ｅ）前記第２のシートを加熱して前記熱可塑性樹脂の少なくとも一部を溶融させ前記第１のシートと接着させ、（ｆ）前記第２のシートを、造形データに基づいて、造形物を構成する有効領域と、造形物を構成しない不要領域とに切断し、前記（ｃ）〜（ｆ）を繰り返し行うことで造形物を造形することを特徴とする。

この構成によれば、第１のシートと第２のシートとが各シートに含まれる熱可塑性樹脂によって互いに接着される。従って、第１のシートと第２のシートとの間に接着層が介在しないため、精度の高い造形物を形成することができる。さらに、除去部により第１のシートの不要領域の一部分、例えば、造形物において凹部や中空部に対応する部分が除去された状態で第２のシートが積層されるので、中空構造の造形物を作成することができる。

［適用例１１］本適用例にかかる造形物の造形方法は、繊維を熱可塑性樹脂により結着したシートを積層して造形物を造形する造形物の造形方法であって、（ａ）造形データに基づいて、造形物を構成しない不要領域の一部を、シートから除去し、（ｂ）前記不要領域の一部が除去されたシートを、載置部上の最上位に載置し、（ｃ）前記最上位のシートを加熱して前記熱可塑性樹脂の少なくとも一部を溶融させ下位のシートと接着させ、（ｄ）前記最上位のシートを、造形データに基づいて、造形物を構成する有効領域と、造形物を構成しない不要領域とに切断し、前記（ａ）〜（ｄ）を繰り返し行うことで造形物を造形することを特徴とする。なお、１枚目のシートを載置部上に載置したとき、下位のシートは存在しないため、加熱（接着）せずに切断処理を行う。すなわち（ｂ）の処理の後（ｃ）の処理をスキップして（ｄ）の処理を行う。

この構成によれば、上位のシートと下位のシートとが各シートに含まれる熱可塑性樹脂によって互いに接着される。従って、シート間に接着層が介在しないため、精度の高い造形物を形成することができる。さらに、不要領域の一部分、例えば、造形物において凹部や中空部に対応する部分が除去されたシートが積層されるので、中空構造の造形物を作成することができる。

第１実施形態にかかる造形装置の構成を示す概略図。 第１実施形態にかかる造形物の造形方法を示す模式図。 第２実施形態にかかる造形装置の構成を示す概略図。 第２実施形態にかかる造形物の造形方法を示す模式図。

以下、本発明の第１および第２実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各部材等を認識可能な程度の大きさにするため、各部材等の尺度を実際とは異ならせて示している。

（第１実施形態）
まず、造形装置の構成について説明する。造形装置は、繊維を熱可塑性樹脂により結着したシートが載置される載置部と、載置部に載置された第１のシートを、造形データに基づいて、造形物を構成する有効領域と、造形物を構成しない不要領域とに切断する切断部と、切断部により切断された第１のシートの不要領域の一部を切削して除去する除去部と、除去部により不要領域が除去された第１のシートの上に、第２のシートを積み重ねる積層部と、第２のシートを加熱して熱可塑性樹脂の少なくとも一部を溶融させ第１のシートと接着させる加熱部と、を有し、切断部によるシートの切断と、除去部によるシートからの不要領域の除去と、積層部によるシートの積み重ねと、加熱部によるシートの接着とを繰り返すことにより造形物を造形する装置である。また、本実施形態にかかる造形装置は、繊維を含む原料を大気中で解繊する解繊部と、解繊部により解繊された解繊物に熱可塑性樹脂を混合させた混合物を堆積させる堆積部と、堆積部により堆積した堆積物を加圧加熱してシートを成形する成形部と、を有し、成形部により成形されたシートを用いて造形物を造形するように構成されている。以下、具体的な構成について説明する。

図１は、本実施形態にかかる造形装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態の造形装置１は、シート製造部２と、造形部３と、を備えている。シート製造部２は、供給部１０、粗砕部２０、解繊部３０、分級部４０、選別部５０、添加物投入部６０、堆積部７０、成形部１２０、シートカッター部１３０等を含み、造形部３は、積層部１４０、載置部１５０、切断部１６０、除去部１６５、加熱部１７０等を備えている。そして、造形装置１では、シート製造部２によって成形されたシートが造形部３に供給されるように構成されている。また、造形装置１における上記の各部を制御する制御部８を備えている。

まず、シート製造部２の構成について説明する。
供給部１０は、粗砕部２０に原料としての古紙Ｐｕ等を供給するものである。供給部１０は、例えば、複数枚の古紙Ｐｕを重ねて貯めておくトレー１１と、トレー１１中の古紙Ｐｕを粗砕部２０に連続して投入可能な自動送り機構１２等を備えている。シート製造部２に供給する古紙Ｐｕとしては、例えば、オフィスで現在主流となっているＡ４サイズの用紙等である。

粗砕部２０は、供給された古紙Ｐｕを数センチメートル角の紙片に裁断するものである。粗砕部２０では、粗砕刃２１を備え、通常のシュレッダーの刃の切断幅を広げたような装置を構成している。これにより、供給された古紙Ｐｕを容易に紙片に裁断することができる。そして、分断された粗砕紙は、配管２０１を介して解繊部３０に供給される。

解繊部３０は、繊維を含む原料を大気中で解繊するものである。具体的には、解繊部３０は、回転する回転刃（図示せず）を備え、粗砕部２０から供給された粗砕紙を繊維状に解きほぐす解繊を行うものである。本願においては、解繊部３０で解繊されるものを被解繊物と言い、解繊部３０を通過したものを解繊物と言う。なお、本実施形態の解繊部３０は、空気中で乾式で解繊を行うものである。解繊部３０の解繊処理により、印刷されたインクやトナー、にじみ防止材等の紙への塗工材料等は、数十μｍ以下の粒（以下、「インク粒」という）となって繊維と分離する。したがって、解繊部３０から出る解繊物は、紙片の解繊により得られる繊維とインク粒である。そして、回転刃の回転によって気流が発生する機構となっており、解繊された繊維はこの気流に乗って配管２０２を介して空気中で分級部４０に搬送される。なお、解繊された繊維を分級部４０に搬送させるための気流を発生させる気流発生装置を解繊部３０に別途設けてもよい。

分級部４０は、導入された導入物を気流により分級するものである。本実施形態では、導入物としての解繊物をインク粒と繊維とに分級する。分級部４０は、例えば、サイクロンを適用することにより、搬送された解繊物をインク粒と繊維とに気流分級することができる。なお、サイクロンに替えて他の種類の気流式分級器を利用してもよい。この場合、サイクロン以外の気流式分級器としては、例えば、エルボージェットやエディクラシファイヤー等が用いられる。気流式分級器は旋回気流を発生させ、解繊物のサイズと密度により受ける遠心力の差によって分離、分級するもので、気流の速度、遠心力の調整により、分級点を調整することができる。これにより、比較的小さく密度の低いインク粒と、インク粒より大きく密度の高い繊維とに分けられる。

本実施形態の分級部４０は接線入力方式のサイクロンであり、解繊部３０から導入物が導入される導入口４０ａと、導入口４０ａが接線方向についた筒部４１と、筒部４１の下部に続く円錐部４２と、円錐部４２の下部に設けられる下部取出口４０ｂと、筒部４１の上部中央に設けられる微粉排出のための上部排気口４０ｃとから構成される。円錐部４２は鉛直方向下方にむかって径が小さくなる。

分級処理において、分級部４０の導入口４０ａから導入された解繊物をのせた気流は、筒部４１、円錐部４２で円周運動に変わり、解繊物は遠心力がかかり分級される。そして、インク粒より大きく密度の高い繊維は下部取出口４０ｂへ移動し、比較的小さく密度の低いインク粒は空気とともに微粉として上部排気口４０ｃへ導出される。そして、分級部４０の上部排気口４０ｃからインク粒が排出される。そして、排出されたインク粒は、分級部４０の上部排気口４０ｃに接続された配管２０６を介して受け部８０に回収される。一方、分級部４０の下部取出口４０ｂから配管２０３を介して分級された繊維を含む分級物が選別部５０に向けて空気中で搬送される。分級部４０から選別部５０へは、分級される際の気流によって搬送されてもよいし、上方にある分級部４０から重力で下方にある選別部５０に搬送されてもよい。なお、分級部４０の上部排気口４０ｃや配管２０６等に、上部排気口４０ｃから短繊維混合物を効率よく吸引するための吸引部等を配置してもよい。分級は、あるサイズや密度を境にして正確に分けられるものではない。また、繊維とインク粒とに正確に分けられるものでもない。繊維の中でも比較的短い繊維はインク粒と共に上部排気口４０ｃから排出される。インク粒の中でも比較的大きいものは繊維とともに下部取出口４０ｂから排出される。

選別部５０は、分級部４０により分級された繊維を含む分級物（解繊物）を複数の開口を有するふるい部５１から通過させて選別するものである。さらに、具体的には、分級部４０により分級された繊維を含む分級物を、開口を通過する通過物と、開口を通過しない残留物と、に選別するものである。本実施形態の選別部５０では、分級物を回転運動により空気中で分散させる機構を備えている。そして、選別部５０の選別により開口を通過した通過物は、通過物搬送部５２から配管２０４を介して堆積部７０側に搬送される。一方、選別部５０の選別により開口を通過しなかった残留物は、配管２０５を介して再び被解繊物として解繊部３０に戻される。これにより、残留物は廃棄されずに再使用（再利用）される。

選別部５０の選別により開口を通過した通過物は配管２０４を介して堆積部７０に空気中で搬送される。選別部５０から堆積部７０へは、気流を発生させる図示しないブロワーによって搬送されてもよいし、上方にある選別部５０から下方にある堆積部７０に重力で搬送されてもよい。配管２０４における選別部５０と堆積部７０との間には、搬送される通過物（解繊物）に対して熱可塑性樹脂を添加する添加物投入部６０が設けられている。通過物（解繊物）と混合される熱可塑性樹脂は、粉体または繊維状である。これにより、解繊した解繊物の繊維同士を確実に結着させることが可能となる。なお、搬送される通過物に対して熱可塑性樹脂の他、例えば、難燃剤、白色度向上剤、シート力増強剤やサイズ剤、吸収調整剤、芳香剤、脱臭剤等を投入することも可能である。これらの添加物は、添加物貯留部６１に貯留され、図示しない投入機構によって投入口６２から投入される。

堆積部７０は、繊維を含む材料を堆積可能にするものであり、解繊部３０で解繊された解繊物に熱可塑性樹脂を混合させた混合物を堆積させるものである。具体的には、堆積部７０は、配管２０４から投入された繊維や熱可塑性樹脂を含む混合物を用いて堆積させてウエブＷを形成するものであり、繊維を空気中に均一に分散させる機構を備えている。また、堆積部７０は、移動しながら混合物を堆積物（ウエブＷ）として堆積する移動部を有している。なお、本実施形態の移動部は、張架ローラー７２と、メッシュが形成されたエンドレスのメッシュベルト７３とで構成されている。メッシュベルト７３は、張架ローラー７２によって張架されている。そして、張架ローラー７２のうちの少なくとも１つが自転することで、このメッシュベルト７３が一方向に回転（移動）するようになっている。なお、本実施形態にかかるウエブＷとは、繊維と熱可塑性樹脂とを含む物体の構成形態を言う。従って、ウエブの加熱時や加圧時や切断時や搬送時等において寸法等の形態が変化した場合であってもウエブとして示している。

まず、繊維を空気中に均一に分散させる機構として、堆積部７０には、繊維及び熱可塑性樹脂が内部に投入されるフォーミングドラム７１が配置されている。そして、フォーミングドラム７１を回転駆動させることにより通過物（繊維）中に熱可塑性樹脂（添加物）を均一に混ぜることができる。フォーミングドラム７１には複数の小孔を有するスクリーンが設けられている。そして、フォーミングドラム７１を回転駆動させて、通過物（繊維）中に熱可塑性樹脂（添加物）を均一に混ぜるとともに、小孔を通過した繊維や繊維と熱可塑性樹脂の混合物を空気中に均一に分散させることができる。

フォーミングドラム７１の下方には、メッシュベルト７３が配されている。また、フォーミングドラム７１の鉛直下方には、メッシュベルト７３を介して、鉛直下方に向けた気流を発生させる吸引部としてのサクション装置７５が設けられている。サクション装置７５によって、空気中に分散された繊維をメッシュベルト７３上に吸引することができる。

そして、フォーミングドラム７１の小孔スクリーンを通過した繊維等は、サクション装置７５による吸引力によって、メッシュベルト７３上に堆積される。このとき、メッシュベルト７３を一方向に移動させることにより、繊維と熱可塑性樹脂を含み長尺状に堆積させたウエブＷを形成することができる。フォーミングドラム７１からの分散とメッシュベルト７３の移動を連続的に行うことで、帯状の連続したウエブＷが成形される。なお、メッシュベルト７３は金属製でも、樹脂製でも、不織布でもよく、繊維が堆積でき、気流を通過させることができれば、どのようなものであってもよい。なお、メッシュベルト７３のメッシュの穴径が大きすぎるとメッシュに繊維が入り込み、ウエブＷ（シート）を成形したときの凸凹になり、一方、メッシュの穴径が小さすぎると、サクション装置７５による安定した気流を形成しづらい。このため、メッシュの穴径は適宜調整することが好ましい。サクション装置７５はメッシュベルト７３の下に所望のサイズの窓を開けた密閉箱を形成し、窓以外から空気を吸引し箱内を外気より負圧にすることで構成できる。

メッシュベルト７３上に成形されたウエブＷは、メッシュベルト７３の回転移動により、搬送方向（図中の白抜き矢印）に従って搬送される。メッシュベルト７３の上側には剥離部としての中間搬送部９０が配置される。ウエブＷは中間搬送部９０によりメッシュベルト７３上から剥離されて、加圧部１１０側に搬送される。つまり、移動部（メッシュベルト７３）から堆積物（ウエブＷ）を剥離する剥離部（中間搬送部９０）を有し、剥離した堆積物（ウエブＷ）を加圧部１１０に搬送できる。中間搬送部９０は、鉛直上方（ウエブＷがメッシュベルト７３から離間する方向）にウエブＷを吸引しながらウエブＷを搬送可能に構成されている。中間搬送部９０は、メッシュベルト７３から鉛直上方（ウエブＷの表面に対して垂直な方向）に離間して配置され、且つ、ウエブＷの搬送方向においてメッシュベルト７３と一部が下流側にずれて配置されている。そして、中間搬送部９０の搬送区間は、メッシュベルト７３の下流側の張架ローラー７２ａから加圧部１１０までの区間となる。

中間搬送部９０は、搬送ベルト９１と、複数の張架ローラー９２と、吸引室９３と、を有する。搬送ベルト９１は、メッシュが形成されたエンドレスのメッシュベルトであり、張架ローラー９２によって張架されている。そして、複数の張架ローラー９２のうちの少なくとも１つが自転することで、搬送ベルト９１が一方向に回転（移動）するようになっている。

吸引室９３は、搬送ベルト９１の内側に配置され、上面と当該上面に接する４つの側面とを有する中空の箱型形状をしており、底面（下方に位置する搬送ベルト９１と対向する面）が開口している。また、吸引室９３は、吸引室９３内に気流（吸引力）を発生させる吸引部を備えている。そして、吸引部を駆動させることにより吸引室９３の内部空間が吸引されて、吸引室９３の底面から空気が流れ込む。これにより吸引室９３の上方に向けた気流が発生し、ウエブＷをウエブＷの上方から吸引して搬送ベルト９１に吸着させることができる。そして、搬送ベルト９１は、張架ローラー９２が自転することによって移動（周回）し、ウエブＷを加圧部１１０に向けて搬送することができる。また、吸引室９３は、上方から見て、メッシュベルト７３と一部が重なり、また、サクション装置７５と重ならない下流側の位置に配置されるため、メッシュベルト７３上のウエブＷは、吸引室９３と対向する位置においてメッシュベルト７３から剥離させて搬送ベルト９１に吸着させることができる。張架ローラー９２は、搬送ベルト９１がメッシュベルト７３と同速度で移動するように自転する。メッシュベルト７３と搬送ベルト９１の速度に差があると、ウエブＷが引っ張られて破断したり座屈したりすることを、同速度にすることで防止できる。

ウエブＷの搬送方向における中間搬送部９０の下流側に加圧部１１０が配置されている。加圧部１１０は、一対の加圧ローラー１１１，１１２で構成され、搬送されるウエブＷを加圧する。例えば、加圧部１１０により、堆積部７０で形成されたウエブＷの厚みに対しておよそ１／５から１／３０の厚みのウエブＷとなるように加圧する。これにより、ウエブＷの強度を向上させることができる。

ウエブＷの搬送方向における加圧部１１０の下流側に成形部１２０が配置されている。成形部１２０は、堆積部７０で堆積した堆積物としてのウエブＷを第１加熱温度で加熱し、ウエブＷに含まれる繊維同士を熱可塑性樹脂を介して結着させるものである。成形部１２０における第１加熱温度は、熱可塑性樹脂の融点以上の温度に設定される。これにより、熱可塑性樹脂を溶かし解繊物の繊維同士を確実に結着させることが可能となり、帯状のシートＰｒ’（ウエブＷ）を成形することができる。なお、本実施形態では、堆積したウエブＷを加圧しながら第１加熱温度で加熱するように構成されている。具体的には、成形部１２０は、一対の加熱ローラー１２１，１２２で構成されている。加熱ローラー１２１，１２２の回転軸中心部にはヒーター等の加熱部材が設けられており、当該一対の加熱ローラー１２１，１２２間にウエブＷを通過させることにより、搬送されるウエブＷに対して加熱加圧することができる。そして、ウエブＷは一対の加熱ローラー１２１，１２２によって加熱加圧されることで、熱可塑性樹脂が溶けて繊維と絡みやすくなるとともに繊維間隔が短くなり繊維間の接触点が増加する。

成形部１２０の搬送方向の下流側には、ウエブＷを切断するシートカッター部１３０として、ウエブＷの搬送方向に沿ってウエブＷを切断する第１シートカッター部１３０ａとウエブＷの搬送方向と交差する方向にウエブＷを切断する第２シートカッター部１３０ｂとが配置されている。第１シートカッター部１３０ａは、例えば、スリッターであり、ウエブＷの搬送方向における所定の切断位置に従って裁断する。第２シートカッター部１３０ｂは、例えば、ロータリーカッターであり、連続状のウエブＷを所定の長さに設定された切断位置に従って枚葉状（単票状）に裁断する。これにより、所望するサイズのシートＰｒ（ウエブＷ）が形成される。

なお、上記実施形態にかかるシートとは、古紙や純パルプなどの繊維を含むものを原料とし、シート状にしたものを主に言う。しかし、そのようなものに限らず、ボード状やウエブ状（や凸凹を有する形状）であってもよい。また、原料としてはセルロースなどの植物繊維やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリエステルなどの化学繊維や羊毛、絹などの動物繊維であってもよい。本願においてシートとは、紙と不織布に分かれる。紙は、薄いシート状にした態様などを含み、筆記や印刷を目的とした記録紙や、壁紙、包装紙、色紙、ケント紙などを含む。不織布は紙より厚いものや低強度のもので、不織布、繊維ボード、ティッシュペーパー、キッチンペーパー、クリーナー、フィルター、液体吸収材、吸音体、緩衝材、マットなどを含む。

また、上記本実施形態において古紙とは、主に印刷された紙を指すが、紙として成形されたものを原料とするのであれば使用したか否かに関わらず古紙とみなす。

次に、造形部３の構成について説明する。
載置部１５０は、繊維を熱可塑性樹脂により結着したシートＰｒを載置面１５０ａ上に載置させるものである。載置部１５０の載置面１５０ａは、シートＰｒが載置される平坦面を有している。ここで、本実施形態において載置部１５０にシートＰｒを載置するとの記載は、シートＰｒを載置面１５０ａに直接載置することばかりでなく、既に載置面１５０ａに載置されているシートＰｒの上に他のシートＰｒを載置（積層）することを含む。載置部１５０は、モーター等の駆動部を備え、鉛直方向に移動可能に構成されている。また、載置部１５０（載置面１５０ａ）の鉛直方向における位置（高さ）を検出する第１検出部（図示せず）を有し、第１検出部による検出情報に基づいて載置部１５０の鉛直方向における位置が制御される。そして、載置部１５０にシートＰｒが載置（積層）される都度、積層されたシートＰｒの高さが所定の高さ位置になるよう載置部１５０が鉛直方向下方に移動可能に構成されている。なお、第１検出部による載置部１５０の検出は、シート１枚ごとに行なってもよいし、所定枚数（例えば１０枚）ごとに行なってもよい。あるいは、第１検出部を設けずに、シートＰｒの厚みに応じた所定量、載置部１５０を移動させるように構成してもよい。

切断部１６０は、載置部１５０に載置されたシートＰｒを、造形データに基づいて、造形物を構成する有効領域と、造形物を構成しない不要領域とに切断するものである。切断部１６０は、切断刃１６０ａと、切断刃１６０ａが固定され制御部８から送信された切断駆動信号に基づいて水平に移動するＸ−Ｙカッティングプロッター（図示せず。以下、単にＸ−Ｙプロッターという。）とから構成されている。そして、切断刃１６０ａは、Ｘ−Ｙプロッターにより、載置部１５０に載置（積層）されたシートＰｒを２次元的に切断することが可能である。なお、切断部１６０の構成は、切断刃１６０ａ等のカッター類の他、レーザーカッターや超音波カッター等を適宜適用してもよい。

除去部１６５は、切断部１６０により切断されたシートＰｒの不要領域の一部を切削して除去するものである。除去部１６５は、例えば、エンドミルであり、回転する切削刃１６５ａと、切削刃１６５ａが固定され制御部８から送信された切断駆動信号に基づいて水平に移動するＸ−Ｙプロッター（図示せず）とから構成されている。そして、切削刃１６５ａは、Ｘ−Ｙプロッターにより、載置部１５０に載置（積層）されたシートＰｒを２次元的に切断することが可能である。なお、除去部１６５の構成は、切削刃１６５ａ等を有するエンドミルの他、各種カッター、レーザーカッターや超音波カッター等を適宜適用してもよい。

積層部１４０は、載置部１５０に載置されたシートＰｒ上に他のシートＰｒを積み重ねるものである。具体的には、除去部１６５により不要領域の一部が除去された第１のシートＰｒ１の上に、第２のシートＰｒ２を積み重ねる。本実施形態の積層部１４０は、シート製造部２の第２シートカッター部１３０ｂの搬送方向の下流側に配置され、一対の搬送ローラー１４１，１４２で構成されている。また、第２のシートＰｒ２を第１のシートＰｒ１の上に積層するために、載置部１５０の載置面１５０ａを鉛直方向に移動させるための構成も、積層部１４０の一部とみなすことができる。これにより、シート製造部２の成形部１２０により成形され、シートカッター部１３０によって単票に形成されたシートＰｒが、積層部１４０によって搬送されて載置部１５０に載置される。

加熱部１７０は、載置部１５０の上側に配置され、載置部１５０に載置されたシートＰｒを加熱するものである。具体的には、載置部１５０に載置された第１のシートＰｒ１上に積み重ねられた第２のシートＰｒ２を加熱して熱可塑性樹脂の少なくとも一部を溶融させ第１のシートＰｒ１と第２のシートＰｒ２とを接着させる。このとき、少なくとも、加熱部１７０により直接加熱される第２のシートＰｒ２に含まれる樹脂の一部が溶融し、第１のシートＰｒ１と第２のシートＰｒ２とが接着される。第１のシートＰｒ１に含まれる樹脂の一部が溶融して接着に寄与する場合もある。

本実施形態の加熱部１７０は、第１のシートＰｒ１上に積み重ねられた第２のシートＰｒ２に接触し、加圧するとともに加熱するように構成されている。加圧による成形と加熱による接着とが同時に行われるので、製造効率を高めることができる。具体的な加熱部１７０の構成としては、載置部１５０に載置されたシートＰｒの表面を部分的に押圧可能なコテ部１７０ａと、当該コテ部１７０ａを所定温度の第２加熱温度に加熱可能なヒーターユニット（図示せず）と、を備えている。すなわち、本実施形態の加熱部１７０は、コテ部１７０ａの先端面がシートＰｒの表面よりも小さく、載置部１５０に載置されたシートＰｒに対して部分的に接触して加圧加熱するよう構成されている。従って、例えば、シートＰｒにおいて除去部１６５で切削する部分（不要領域の一部）を除いた部分（領域）のみを加熱することにより第１のシートＰｒ１と第２のシートＰｒ２とを接着させる。除去部１６５で切削する部分は、加熱されず、すなわち、第１のシートＰｒ１と第２のシートＰｒ２とは接着されず比較的柔らかいので、除去処理を容易に行うことができる。

加熱部１７０と載置部１５０とは鉛直方向に相対的に移動可能に構成され、載置部１５０に載置されたシートＰｒを加熱可能に構成されている。なお、本実施形態では、加熱部１７０は、モーター等の駆動部を備え、鉛直方向に移動可能に構成され、加熱部１７０が載置部１５０に対して下降移動し、載置部１５０に載置されたシートＰｒを加圧するとともに加熱するように構成されている。また、加熱部１７０の鉛直方向における位置（高さ）を検出する第２検出部（図示せず）を有し、検出部による検出情報に基づいて加熱部１７０の鉛直方向における位置が制御され、所定の位置で積層されたシートＰｒに対して加圧加熱することができる。あるいは、載置部１５０の載置面１５０ａ上に積層された最上位のシートＰｒの位置（高さ）が常に同じ位置となるように載置部１５０を制御していれば、第２検出部はなくても、加熱部１７０（コテ部１７０ａの先端面）を所定の位置に移動させれば加圧加熱することができる。

また、加熱部１７０の第２加熱温度は、成形部１２０における第１加熱温度（熱可塑性樹脂の融点以上）以上の温度に設定される。これにより、第１のシートＰｒ１と第２のシートＰｒ２とを確実に接着させることができる。

そして、上記のように構成された造形装置１において、制御部８は、シート製造部２を構成する各部を駆動制御し、シートＰｒを成形させる。また、制御部８は、載置部１５０、切断部１６０、除去部１６５、加熱部１７０の駆動制御を行う。そして、シート製造部２で成形された第１のシートＰｒ１を積層部１４０によって載置部１５０に載置させる。制御部８は、造形データ（３次元物体の形状を表す情報）に基づいて、３次元物体の断面形状を表す２次元情報データ（スライスデータ）をラスタデータに変換して切断部１６０に供給する。ラスタデータは、３次元物体の断面形状を表すデータであり、断面形状の輪郭の一方側が３次元物体（造形物）を構成する有効領域であり、他方側が３次元物体（造形物）を構成しない不要領域である。なお、３次元物体の形状を表す情報は、例えば、３次元ＣＡＤシステムにより供給される。そして、ラスタデータに基づいて切断部１６０が第１のシートＰｒ１を切断する。当該ラスタデータは第１のシートＰｒ１に対応するものである。そして、除去部１６５を駆動して、第１のシートＰｒ１における不要領域の一部を切削し、不要領域の一部を除去する。具体的には、複数枚のシートＰｒが積層された後では除去するのが困難となる部分（例えば、造形物の凹部や中空部となる部分）を除去する。続いて、除去部１６５により不要領域が除去された第１のシートＰｒ１上に第２のシートＰｒ２を積み重ねる。そして、加熱部１７０を載置部１５０側に降下させ、コテ部１７０ａを第２のシートＰｒ２に接触させて、第２のシートＰｒ２を部分的に加圧加熱して、第１のシートＰｒ１と第２のシートＰｒ２とを接着させる。そして、第２のシートＰｒ２に対応するラスタデータに基づいて第２のシートＰｒ２を切断する。そして、除去部１６５を駆動して、第２のシートＰｒ２における不要領域の一部を切削し、不要領域の一部を除去する。すなわち、載置部１５０上の最上位のシート（第１のシートＰｒ１）を切断し、最上位のシート（第１のシートＰｒ１）の不要領域の一部を除去し、最上位のシート（第１のシートＰｒ１）の上に他のシート（第２のシートＰｒ２）を積層し、新たに最上位となった当該他のシート（第２のシートＰｒ２）を加熱して下位のシート（第１のシートＰｒ１）と接着する。以下同様にして、最上位のシートを切断し、最上位のシートから不要領域の一部を除去し、他のシートを積層し、新たに最上位となった当該他のシートを加熱して下位のシートと接着する、これら一連の処理が繰り返し行われる。このようにして、造形装置１では、切断部１６０によるシートＰｒの切断と、除去部１６５による不要領域の一部の除去と、積層部１４０による載置部１５０へのシートＰｒの積み重ねと、加熱部１７０によるシートＰｒの接着とを繰り返し行うことにより、造形物を造形することができる。

次に、造形物の造形方法について説明する。なお、本実施形態では造形装置１を用いて造形物を造形する場合について説明する。本実施形態の造形物の製造方法は、（ａ）繊維を熱可塑性樹脂により結着したシートを載置部に載置し、（ｂ）載置部に載置された第１のシートを、造形データに基づいて、造形物を構成する有効領域と、造形物を構成しない不要領域とに切断し、（ｃ）第１のシートの不要領域の一部を切削して除去し、（ｄ）不要領域が除去された第１のシートの上に、第２のシートを積み重ね、（ｅ）第２のシートを加熱して熱可塑性樹脂の少なくとも一部を溶融させ第１のシートと接着させ、（ｆ）第２のシートを、造形データに基づいて、造形物を構成する有効領域と、造形物を構成しない不要領域とに切断し、（ｃ）〜（ｆ）を繰り返し行うことで造形物を造形するものである。なお、本実施形態では、中空部Ｍ１を有する筒状の造形物Ｍを造形する場合について説明する。図２は、本実施形態にかかる造形物の造形方法を示す模式図である。

まず、図２（ａ）に示すように、繊維を熱可塑性樹脂により結着した第１のシートＰｒ１を載置部１５０に載置する。具体的には、造形装置１のシート製造部２を駆動させ、繊維を熱可塑性樹脂により結着した第１のシートＰｒ１を成形（製造）する。そして、造形部３の積層部１４０を介して第１のシートＰｒ１を載置部１５０の載置面１５０ａ上に載置する。

次いで、図２（ｂ）に示すように、載置部１５０に載置された第１のシートＰｒ１を、造形データに基づいて造形物Ｍを構成する有効領域Ｖ１と、造形物を構成しない不要領域Ｕ（Ｕ１１，Ｕ１２）とに切断する。具体的には、造形データに基づく第１のシートＰｒ１に対応するラスタデータに基づいて切断部１６０を駆動して、第１のシートＰｒ１を切断する。本実施形態では、輪郭線Ｃ１１と輪郭線Ｃ１２とに沿って切断する。造形物Ｍ（図２（ｈ）参照）を構成する輪郭線Ｃ１１と輪郭線Ｃ１２とで囲まれた領域が有効領域Ｖ１である。また、有効領域Ｖ１以外の領域、すなわち、輪郭線Ｃ１１で囲まれた領域が不要領域Ｕ１１であり、輪郭線Ｃ１２から第１のシートＰｒ１の外周縁までの領域が不要領域Ｕ１２である。また、図２（ｂ）に示すように、不要領域Ｕ１２を分割するように切断して分割線ＤＬ（ＤＬ１）を形成する。具体的には、有効領域Ｖ１の輪郭線Ｃ１２から、所定の間隔で、第１のシートＰｒ１の外周縁に向かって第１のシートＰｒ１を切断することにより分割線ＤＬ（ＤＬ１）を形成する。当該分割線ＤＬ（ＤＬ１）は、造形処理終了後に、シートＰｒの積層体（積層物）から不要領域Ｕｎ２を取り除き有効領域Ｖ１（造形物Ｍ）を取り出すことを容易にするためのものであり、不要領域Ｕｎ２（図２（ｇ）参照）を立体的に複数個に分断して排除できるようになっている。なお、分割線ＤＬの数は、造形物Ｍの形状等に応じて適宜設定することができる。また、分割線ＤＬは、３次元ＣＡＤシステムからの入力情報を制御部８で変換した分割線データに基づいて設定される。そして、載置部１５０は第１のシートＰｒ１の厚み分だけ下降し、第２のシートＰｒ２が供給されるまで待機する。

次いで、図２（ｃ）に示すように、第１のシートＰｒ１の不要領域Ｕの一部を切削して除去する。具体的には、造形データに基づく第１のシートＰｒ１に対応するラスタデータに基づいて除去部１６５を駆動し、第１のシートＰｒ１の不要領域Ｕ１１を切削する。すなわち、造形部Ｍの中空部Ｍ１に対応する部分を切削する。なお、必要に応じて除去部１６５によって切削しながら、切削部分（不要領域Ｕ１１）に圧縮空気を吹き付けてもよい。このようにすれば、切削屑を容易に取り除くことができる。

次いで、図２（ｄ）に示すように、不要領域Ｕ１１が除去された第１のシートＰｒ１の上に、第２のシートＰｒ２を積み重ねる。具体的には、シート製造部２で製造された第２のシートＰｒ２を、造形部３の積層部１４０により、載置部１５０に載置されている第１のシートＰｒ１の上に第２のシートＰｒ２を積み重ねる。

次いで、第２のシートＰｒ２を第２加熱温度で加熱して熱可塑性樹脂の少なくとも一部を溶融させ第１のシートＰｒ１と接着させる。具体的には、加熱部１７０を載置部１５０側に降下させ、コテ部１７０ａの先端面を第２のシートＰｒ２面に接触させ、積み重ねられた第２のシートＰｒ２を加圧するとともに加熱する。本実施形態では、第２のシートＰｒ２を部分的に加圧加熱する。具体的には、造形データに基づく第２のシートＰｒ２に対応するラスタデータに基づいて加熱部１７０を駆動して、第２のシートＰｒ２のうち、不要領域Ｕ２１以外の領域に対して加圧加熱する。そして、所定の加圧加熱後、加熱部１７０を載置部１５０から上方に移動させる。これにより、第１のシートＰｒ１と第２のシートＰｒ２とが部分的に接着される。

次いで、図２（ｅ）に示すように、第２のシートＰｒ２を、造形データに基づいて、造形物Ｍを構成する有効領域Ｖ２と、造形物を構成しない不要領域Ｕ２１，Ｕ２２とに切断する。具体的には、造形データに基づく第２のシートＰｒ２に対応するラスタデータに基づいて切断部１６０を駆動し、第２のシートＰｒ２を切断する。本実施形態では、輪郭線Ｃ２１と輪郭線Ｃ２２とに沿って切断する。造形物Ｍ（図２（ｈ）参照）を構成する輪郭線Ｃ２１と輪郭線Ｃ２２とで囲まれた領域が有効領域Ｖ２であり、有効領域Ｖ２以外の領域、すなわち、輪郭線Ｃ２１で囲まれた領域が不要領域Ｕ２１であり、輪郭線Ｃ２２から第２のシートＰｒ２の外周縁までの領域が不要領域Ｕ２２である。また、図２（ｅ）に示すように、不要領域Ｕ２２を分割するように切断して分割線ＤＬ（ＤＬ２）を形成する。具体的には、有効領域Ｖ２の輪郭線Ｃ２２から、所定の間隔で、第２のシートＰｒ２の外周縁に向かって第２のシートＰｒ２を切断することにより分割線ＤＬ（ＤＬ２）を形成する。

次いで、図２（ｆ）に示すように、第２のシートＰｒ２の不要領域Ｕの一部を切削して除去する。具体的には、造形データに基づく第２のシートＰｒ２に対応するラスタデータに基づいて除去部１６５を駆動し、第２のシートＰｒ２の不要領域Ｕ２１を切削する。すなわち、造形物Ｍの中空部Ｍ１に対応する部分を切削する。ここで、不要領域Ｕ２１は、第１のシートＰｒ１と第２のシートＰｒ２とを接着させる過程において加熱部１７０で加圧加熱されていない領域である。すなわち、不要領域Ｕ２１は、第１のシートＰｒ１と第２のシートＰｒ２とが接着されていない領域であり、容易に除去することができる。なお、除去部１６５による切削を行いながら、必要に応じて切削部分（不要領域Ｕ２１）に圧縮空気を吹き付けてもよい。このようにすれば、切削屑を容易に取り除くことができる。そして、載置部１５０は第２のシートＰｒ２の厚み分だけ下降し、次のシートＰｒ３（図示せず）が供給されるまで待機する。

次いで、不要領域Ｕ２１が除去された第２のシートＰｒ２の上に他のシートＰｒ３を積み重ね、シートＰｒ３を上記同様に、加熱部１７０で部分的に加圧加熱し、切断部１６０で切断し、次いで、除去部１６５で不要領域の一部を除去する。以上の工程を繰り返し行う。そして、図２（ｇ）に示すように、造形物Ｍの造形に必要な所定の枚数のシートＰｒｎ（ｎは自然数で、積層される順番を表す。）を積み重ね、加圧加熱、切断及び除去が終了した時点で造形装置１の駆動を停止する。

所定の枚数のシートＰｒｎが積み重ねられた積層体から分割線ＤＬに倣って不要領域Ｕｎ２の積層部分を排除することにより、図２（ｈ）に示すように、有効領域Ｖの積層部分、すなわち中空部Ｍ１を有する造形物Ｍを取り出すことができる。

以上、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

繊維を熱可塑性樹脂により結着させた第１のシートＰｒ１と、同様にして繊維を熱可塑性樹脂により結着させた第２のシートＰｒ２とを加熱部１７０で加圧加熱して、第１のシートＰｒ１または第２のシートＰｒ２に含まれる熱可塑性樹脂によって互いに接着させる。従って、第１のシートＰｒ１と第２のシートＰｒ２との間に接着層が介在しないため、接着層厚みのばらつきによる精度の低下がなく、精度の高い造形物Ｍを形成することができる。また、第１のシートＰｒ１と第２のシートＰｒ２とを接着させるための接着剤塗布工程等が不要なため、造形物Ｍの造形効率を向上させることができる。また、造形装置１は、シート製造部２を含むため、古紙Ｐｕを活用して造形物Ｍを効率よく造形することができる。さらに、除去部１６５により造形物Ｍの中空部Ｍ１に対応する部分を除去しながら複数枚のシートＰｒを積層するため、容易に中空部Ｍ１を有する造形物Ｍを造形することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態にかかる造形装置は、繊維を熱可塑性樹脂により結着したシートを積層して造形物を造形する造形装置であって、造形データに基づいて、造形物を構成しない不要領域の一部を、シートから除去する除去部と、不要領域の一部が除去されたシートを、載置部上の最上位に載置する積層部と、載置部上の最上位のシートを加熱して熱可塑性樹脂の少なくとも一部を溶融させ下位のシートと接着させる加熱部と、最上位のシートを、造形データに基づいて、造形物を構成する有効領域と、造形物を構成しない不要領域とに切断する切断部と、を有し、除去部によるシートからの不要領域の一部の除去と、積層部によるシートの積み重ねと、加熱部によるシートの接着と、切断部によるシートの切断と、を繰り返すことにより造形物を造形する装置である。また、本実施形態にかかる造形装置は、繊維を含む原料を大気中で解繊する解繊部と、解繊部により解繊された解繊物に熱可塑性樹脂を混合させた混合物を堆積させる堆積部と、堆積部により堆積した堆積物を加圧加熱してシートを成形する成形部と、を有し、成形部により成形されたシートを用いて造形物を造形するように構成されている。以下、具体的な構成について説明する。

図３は、本実施形態にかかる造形装置の構成を示す概略図である。図３に示すように、本実施形態の造形装置１ｂは、シート製造部２と、造形部３ｂと、を備えている。なお、シート製造部２の構成は、第１実施形態における構成と同様なので説明を省略し、造形部３ｂの構成について説明する。

造形部３ｂは、積層部１４０、載置部１５０、切断部１６０、除去部１６８、加熱部１７１等を備えている。

載置部１５０は、第１実施形態と同様の構成を有し、繊維を熱可塑性樹脂により結着したシートＰｒを載置面１５０ａ上に載置させるものである。後述するように、除去部１６８により不要領域の一部が切除されたシートＰｒを載置する点で、第１実施形態とは異なる。

切断部１６０は、第１実施形態と同様に、載置部１５０に載置されたシートＰｒを、造形データに基づいて、造形物を構成する有効領域と、造形物を構成しない不要領域とに切断するものである。

除去部１６８は、シートＰｒの不要領域の一部を切断して除去するものである。本実施形態の除去部１６８は、例えばレーザーカッターであり、シートＰｒに向けてレーザー光を照射して、シートＰｒの不要領域の一部を切除する。

積層部１４０は、載置部１５０に載置されたシートＰｒの上に他のシートＰｒを積み重ねるものである。具体的には、除去部１６８により不要領域の一部が除去された第２のシートＰｒ２を、切断部１６０により切断された第１のシートＰｒ１上に積み重ねる。本実施形態の積層部１４０は、シート製造部２の第２シートカッター部１３０ｂの搬送方向の下流側に配置された一対の搬送ローラー１４１，１４２と、一対の搬送ローラー１４１，１４２の搬送方向の下流側に配置された一対の搬送ローラー１４６，１４７と、で構成されている。また、第２のシートＰｒ２を第１のシートＰｒ１の上に積層するために、載置部１５０の載置面１５０ａを鉛直方向に移動させるための構成も、積層部１４０の一部とみなすことができる。シート製造部２から供給されたシートＰｒを載置部１５０に載置する前に、一対の搬送ローラー１４１，１４２と一対の搬送ローラー１４６，１４７とにより支持されたシートＰｒに向けて、除去部１６８からレーザー光を照射しシートＰｒの不要領域の一部を除去するように構成されている。

加熱部１７１は、第１実施形態の加熱部１７０と同様に、載置部１５０の上側に配置され、載置部１５０に載置されたシートＰｒを加熱するものである。ただし、本実施形態の加熱部１７１は、第１のシートＰｒ１上に積み重ねられた第２のシートＰｒ２の表面全体に面接触して、加圧するとともに加熱するよう構成されている点で、第１の実施形態の加熱部１７０とは異なる。具体的には、加熱部１７１は、載置部１５０に載置されたシートＰｒの表面全体を押圧するのに十分な大きさのプレート１７１ａと、当該プレート１７１ａを所定温度の第２加熱温度に加熱可能なヒーターユニット（図示せず）と、を備えている。プレート１７１ａの押圧面は、押圧したシートＰｒに付着せず、剥離しやすいようにフッ素樹脂やシリコン等による剥離処理が施されている。

加熱部１７１と載置部１５０とは、第１実施形態と同様に、鉛直方向に相対的に移動可能に構成され、載置部１５０に載置されたシートＰｒを第２加熱温度で加熱可能に構成されている。

そして、上記のように構成された造形装置１ｂにおいて、制御部８は、シート製造部２を構成する各部を駆動制御し、シートＰｒを成形させる。また、制御部８は、載置部１５０、切断部１６０、除去部１６８、加熱部１７１の駆動制御を行う。そして、シート製造部２で成形された第１のシートＰｒ１を積層部１４０の一対の搬送ローラー１４１，１４２と一対の搬送ローラー１４６，１４７とで支持する。そして、３次元物体の断面形状を表す２次元情報データを変換したラスタデータに基づいて、除去部１６８から第１のシートＰｒ１に向けてレーザー光を照射して、不要領域の一部を切除する。当該ラスタデータは第１のシートＰｒ１に対応するものである。その後、積層部１４０によって第１のシートＰｒ１を載置部１５０に載置させる。そして、第１のシートＰｒ１に対応するラスタデータに基づいて、切断部１６０により第１のシートＰｒ１を切断する。続いて、シート製造部２で成形された第２のシートＰｒ２を積層部１４０の一対の搬送ローラー１４１，１４２と一対の搬送ローラー１４６，１４７とで支持する。そして、第２のシートＰｒ２に対応するラスタデータに基づいて除去部１６８により第２のシートＰｒ２から不要領域の一部を除去し、積層部１４０により載置部１５０の第１のシートＰｒ１上に第２のシートＰｒ２を積み重ねる。そして、加熱部１７１を載置部１５０側に降下させ、プレート１７１ａを第２のシートＰｒ２に接触させて、第２のシートＰｒ２の全面に対して加圧加熱して、第１のシートＰｒ１と第２のシートＰｒ２とを接着させる。そして、第２のシートＰｒ２に対応するラスタデータに基づいて第２のシートＰｒ２を切断する。すなわち、不要領域の一部をシートＰｒ（第２のシートＰｒ２）から切除し、不要領域の一部が切除されたシートＰｒ（第２のシートＰｒ２）を載置部１５０上の最上位に載置し、最上位のシートＰｒ（第２のシートＰｒ２）を加熱して下位のシートＰｒ（第１のシートＰｒ１）と接着し、最上位のシートＰｒ（第２のシートＰｒ２）を有効領域と不要領域とに切断する。そして、これら一連の処理が繰り返し行われる。なお、１枚目のシートを載置部上に載置したとき、下位のシートは存在しないため、加熱（接着）処理は行わずに切断処理を行う。このようにして、造形装置１ｂでは、除去部１６８によるシートＰｒの不要領域の一部の除去と、積層部１４０による載置部１５０へのシートＰｒの積み重ねと、加熱部１７１によるシートＰｒの接着と、切断部１６０によるシートＰｒの切断とを繰り返し行うことにより、造形物を造形することができる。

次に、造形物の造形方法について説明する。なお、本実施形態では造形装置１ｂを用いて造形物を造形する場合について説明する。本実施形態の造形物の製造方法は、繊維を熱可塑性樹脂により結着したシートを積層して造形物を造形する造形物の造形方法であって、（ａ）造形データに基づいて、造形物を構成しない不要領域の一部を、シートから除去し、（ｂ）不要領域の一部が除去されたシートを、載置部上の最上位に載置し、（ｃ）最上位のシートを加熱して熱可塑性樹脂の少なくとも一部を溶融させ下位のシートと接着させ、（ｄ）最上位のシートを、造形データに基づいて、造形物を構成する有効領域と、造形物を構成しない不要領域とに切断し、（ａ）〜（ｄ）を繰り返し行うことで造形物を造形するものである。なお、本実施形態では、中空部Ｍ１を有する筒状の造形物Ｍを造形する場合について説明する。図４は、本実施形態にかかる造形物の造形方法を示す模式図である。

まず、図４（ａ）に示すように、繊維を熱可塑性樹脂により結着した第１のシートＰｒ１から、造形データに基づいて、造形物Ｍを構成しない不要領域の一部を切断して除去する。具体的には、シート製造部２を駆動させ、繊維を熱可塑性樹脂により結着した第１のシートＰｒ１を成形（製造）する。そして、積層部１４０を駆動して、一対の搬送ローラー１４１，１４２と一対の搬送ローラー１４６，１４７とで第１のシートＰｒ１を支持する。そして、造形データに基づく第１のシートＰｒ１に対応するラスタデータに基づいて除去部１６８を駆動して、造形物を構成しない不要領域Ｕ１１を規定する輪郭線Ｃ１１に沿ってレーザー光を照射し、第１のシートＰｒ１の不要領域Ｕ１１を切断（切除）する。当該不要領域Ｕ１１は、造形部Ｍの中空部Ｍ１に対応する部分である。なお、必要に応じて除去部１６８によって切断した部分（不要領域Ｕ１１）に向けて圧縮空気を吹き付けてもよい。このようにすれば、切断した部分を容易に取り除くことができる。

次いで、図４（ｂ）に示すように、不要領域Ｕ１１を除去した第１のシートＰｒ１を載置部１５０に載置する。具体的には、積層部１４０を駆動して、第１のシートＰｒ１を載置部１５０の載置面１５０ａ上に載置する。

次いで、図４（ｃ）に示すように、載置部１５０に載置された第１のシートＰｒ１を、造形データに基づいて造形物Ｍを構成する有効領域Ｖ１と、造形物を構成しない不要領域Ｕ（Ｕ１２）とに切断する。具体的には、造形データに基づく第１のシートＰｒ１に対応するラスタデータに基づいて切断部１６０を駆動して、第１のシートＰｒ１を切断する。本実施形態では、輪郭線Ｃ１２に沿って切断する。造形物Ｍ（図４（ｈ）参照）を構成する輪郭線Ｃ１１と輪郭線Ｃ１２とで囲まれた領域が有効領域Ｖ１であり、有効領域Ｖ１以外の領域、すなわち、輪郭線Ｃ１１で囲まれた領域が不要領域Ｕ１１であり、輪郭線Ｃ１２から第１のシートＰｒ１の外周縁までの領域が不要領域Ｕ１２である。なお、本実施形態では、第１のシートＰｒ１が載置部１５０に載置されたときには不要領域Ｕ１１は既に除去されている。また、図４（ｃ）に示すように、不要領域Ｕ１２を分割するように切断して分割線ＤＬ（ＤＬ１）を形成する。具体的には、有効領域Ｖ１の輪郭線Ｃ１２から、所定の間隔で、第１のシートＰｒ１の外周縁に向かって第１のシートＰｒ１を切断することにより分割線ＤＬ（ＤＬ１）を形成する。当該分割線ＤＬ（ＤＬ１）は、造形処理終了後に、シートＰｒの積層体（積層物）から不要領域Ｕｎ２を取り除き有効領域Ｖ（造形物Ｍ）を取り出すことを容易にするためのものであり、不要領域Ｕｎ２を立体的に複数個に分断して排除できるようになっている。なお、分割線ＤＬの数は、造形物Ｍの形状等に応じて適宜設定することができる。また、分割線ＤＬは、３次元ＣＡＤシステムからの入力情報を制御部８で変換した分割線データに基づいて設定される。そして、載置部１５０は第１のシートＰｒ１の厚み分だけ下降し、第２のシートＰｒ２が供給されるまで待機する。

次いで、図４（ｄ）に示すように、積層部１４０を駆動して、一対の搬送ローラー１４１，１４２と一対の搬送ローラー１４６，１４７とでシート製造部２で成形された第２のシートＰｒ２を支持する。そして、造形データに基づく第２のシートＰｒ２に対応するラスタデータに基づいて除去部１６８を駆動し、第２のシートＰｒ２の造形物を構成しない不要領域Ｕ２１を規定する輪郭線Ｃ２１に沿ってレーザー光を照射し、不要領域Ｕ２１を切断（切除）する。当該不要領域Ｕ２１は、造形部Ｍの中空部Ｍ１に対応する部分である。なお、必要に応じて除去部１６８によって切断した部分（不要領域Ｕ２１）に向けて圧縮空気を吹き付けてもよい。このようにすれば、切断部分を容易に取り除くことができる。

次いで、図４（ｅ）に示すように、不要領域Ｕ１１が除去され切断された第１のシートＰｒ１の上に、不要領域Ｕ２１が除去された第２のシートＰｒ２を積み重ねる。具体的には、積層部１４０を駆動して載置部１５０に載置された第１のシートＰｒ１の上に第２のシートＰｒ２を積み重ねる。

次いで、第２のシートＰｒ２を加熱して熱可塑性樹脂の少なくとも一部を溶融させ第１のシートＰｒ１と接着させる。具体的には、加熱部１７１を載置部１５０側に降下させ、プレート１７１ａ面を第２のシートＰｒ２面に接触させ、積み重ねられた第２のシートＰｒ２の全面を一括して加圧するとともに加熱する。そして、所定の加圧加熱後、加熱部１７１を載置部１５０から上方に移動させる。これにより、第１のシートＰｒ１と第２のシートＰｒ２とが全面的に接着される。

次いで、図４（ｆ）に示すように、第２のシートＰｒ２を、造形データに基づいて造形物Ｍを構成する有効領域Ｖ２と、造形物を構成しない不要領域Ｕ２２とに切断する。具体的には、造形データに基づく第２のシートＰｒ２に対応するラスタデータに基づいて切断部１６０を駆動し、第２のシートＰｒ２を切断する。本実施形態では、輪郭線Ｃ２２に沿って切断する。造形物Ｍ（図４（ｈ）参照）を構成する輪郭線Ｃ２１と輪郭線Ｃ２２とで囲まれた領域が有効領域Ｖ２であり、有効領域Ｖ２以外の領域、すなわち、輪郭線Ｃ２１で囲まれた領域が不要領域Ｕ２１であり、輪郭線Ｃ２２から第２のシートＰｒ２の外周縁までの領域が不要領域Ｕ２２である。なお、本実施形態では、第２のシートＰｒ２が載置部１５０に載置されたときには不要領域Ｕ２１は既に除去されている。また、図４（ｆ）に示すように、第１のシートＰｒ１の分割線ＤＬ１と同様に、有効領域Ｖ２の輪郭線Ｃ２２から所定の間隔で第２のシートＰｒ２の外周縁に向かって、第２のシートＰｒ２を分割するように切断して分割線ＤＬ（ＤＬ２）を形成する。そして、載置部１５０は第１のシートＰｒ１の厚み分だけ下降し、次のシートＰｒ３（図示せず）が供給されるまで待機する。

次いで、上記同様に、除去部１６８によりシートＰｒ３から不要領域の一部Ｕ３１を切除し、積層部１４０により当該シートＰｒ３を第２のシートＰｒ２の上に積み重ね、加熱部１７１により加圧加熱し、切断部１６０により輪郭線Ｃ３２と分割線ＤＬ３に沿って切断する。以上の工程を繰り返し行う。そして、図４（ｇ）に示すように、造形物Ｍの造形に必要な所定の枚数のシートＰｒｎ（ｎは自然数で、積層される順番を表す。）に対して、不要領域の一部Ｕｎ１を切除し、積み重ね、加圧加熱し、輪郭線Ｃｎ２と分割線ＤＬｎに沿って切断する一連の処理が終了した時点で造形装置１ｂの駆動を停止する。

所定の枚数のシートＰｒｎが積み重ねられた積層体から分割線ＤＬに倣って不要領域Ｕｎ２の積層部分を排除することにより、図４（ｈ）に示すように、有効領域Ｖの積層部分、すなわち中空部Ｍ１を有する造形物Ｍを取り出すことができる。

以上、本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え、以下の効果を得ることができる。

載置部１５０に載置（積層）する前の段階で、中空部Ｍ１に対応する不要領域Ｕｎ１を除去部１６８により除去するため、積層した後に不要領域Ｕｎ１を除去する場合に比べ、より容易に中空部Ｍ１を有する造形物Ｍを造形することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。

（変形例１）上記実施形態では、シート製造部２により解繊された繊維を用いて成形されたシートＰｒを用いて造形物Ｍを造形するため、造形された造形物Ｍは単色であったが、これを解消するため造形装置１に着色部を設けてもよい。具体的には、積層部１４０により第２のシートＰｒ２を積み重ねる前に、第１のシートＰｒ１の少なくとも有効領域Ｖ１の輪郭部を着色する着色部を有する構成であってもよい。この場合の着色部は、熱または光により硬化する着色用液体により第１のシートＰｒ１を着色するように構成する。このようにすれば、着色されたシートＰｒが積層されるため、色付きの造形物Ｍを造形することができる。また、発色性がよく光沢を出すことができる。また耐湿性も向上させることができる。

（変形例２）上記実施形態では、古紙Ｐｕを原料にして供給して造形物Ｍを造形したが、これに限定されない。例えば、古紙Ｐｕ以外の原料として、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリエステルなどの化学繊維や羊毛等、繊維の太さや長さの異なる古紙Ｐｕ等を供給してもよい。また、繊維に対して熱可塑性樹脂の他、白色度向上剤等を添加してもよい。このようにすれば、質感等が異なる多種多様の造形物Ｍを造形することができる。

（変形例３）上記実施形態では、シートカッター部１３０に第１シートカッター部１３０ａ（スリッター）を配置したが、第１シートカッター部１３０ａ（スリッター）を省略した構成であってもよい。このようにしても、上記同様の効果を得ることができるとともに造形装置１の構成を簡略化することができる。

（変形例４）上記実施形態では、シートカッター部１３０により単票に形成されたシートＰｒを用いて造形物Ｍを造形したが、この構成に限定されない。例えば、連続紙（ロール紙等）からシート状に切り抜いたものを積層して造形物Ｍを造形する構成であってもよい。このようにしても上記同様の効果を得ることができる。

（変形例５）上記実施形態では、中空部Ｍ１を有する造形物Ｍを造形する方法を例に挙げて説明したが、造形部Ｍの形態はこれに限られず、各種形態の造形が可能である。例えば、凹部を有する造形部を造形することができる。この場合、凹部に対応する不要領域を除去部１６５、１６８で除去しながらシートＰｒを積み重ねて造形すればよい。このようにすれば、凹部を有する造形部を容易に造形することができる。

（変形例６）上記実施形態では、３次元物体の断面形状を表す２次元情報データ（スライスデータ）をラスタデータに変換したが、ベクターデータに変換してもよい。そして、ベクターデータに基づいて、除去部１６５による切削または除去部１６８による切除、また切断部１６０による切断を行ってもよい。

（変形例７）上記実施形態１では、シートＰｒの表面に対して部分的に接触して加圧加熱する加熱部１７０としたが、これに代えて、実施形態２の加熱部１７１を適用してもよい。すなわち、シートＰｒの表面全体に接触し全面を一括して加圧加熱するよう構成してもよい。このようにすれば、加圧による成形と加熱による接着とが同時に行われるので、製造効率を高めることができる。

なお、本例の造形装置１、１ｂは、シート製造部２と造形部３、３ｂとを有する構成としたが、シート製造部２を有するシート製造装置により製造されたシートＰｒを用いて、造形部３、３ｂを有する造形装置により造形物を造形してもよい。すなわち、シート製造部２と造形部３は、一体であっても別体であってもよい。

１，１ｂ…造形装置、２…シート製造部、３，３ｂ…造形部、８…制御部、１０…供給部、２０…粗砕部、３０…解繊部、４０…分級部、５０…選別部、６０…添加物投入部、７０…堆積部、９０…中間搬送部、１１０…加圧部、１２０…成形部、１２１，１２２…加熱ローラー、１３０…シートカッター部、１３０ａ…第１シートカッター部、１３０ｂ…第２シートカッター部、１４０…積層部、１４１，１４２…一対の搬送ローラー、１４６，１４７…一対の搬送ローラー、１５０…載置部、１５０ａ…載置面、１６０…切断部、１６０ａ…切断刃、１６５…除去部、１６５ａ…切削刃、１６８…除去部、１７０…加熱部、１７０ａ…コテ部、１７１…加熱部、１７１ａ…プレート。

Claims (7)

1. 繊維と熱可塑性樹脂の粉体とを混合して結着したシートを積層して造形物を造形する造
   形装置であって、
   前記シートを、載置部上の最上位に載置する積層部と、
   前記載置部上のシートに混合された前記熱可塑性樹脂の少なくとも一部を、加熱によっ
   て溶融させ下位のシートと接着させる加熱部と、
   を有する造形装置。
2. 繊維と熱可塑性樹脂の粉体とを混合して結着したシートを積層して造形物を造形する造
   形装置であって、
   第１のシートの上に第２のシートを積み重ねる積層部と、
   前記第２のシートに混合された前記熱可塑性樹脂の少なくとも一部を、加熱によって溶
   融させ前記第１のシートと接着させる加熱部と、
   を有する造形装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の造形装置において、
   前記加熱部は、前記シートに面接触し、加圧するとともに加熱することを特徴とする造
   形装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の造形装置において、
   繊維を含む原料を大気中で解繊する解繊部と、
   前記解繊部により解繊された解繊物に熱可塑性樹脂を混合させた混合物を堆積させる堆
   積部と、
   前記堆積部により堆積した堆積物を加圧加熱してシートを成形する成形部と、を有し、
   前記成形部により成形されたシートを用いて前記造形物を造形することを特徴とする造
   形装置。
5. 請求項４に記載の造形装置において、
   前記成形部による第１加熱温度と、前記加熱部による第２加熱温度は、前記熱可塑性樹
   脂の融点≦第１加熱温度≦第２加熱温度、を満たすことを特徴とする造形装置。
6. 繊維と熱可塑性樹脂の粉体とを混合して結着したシートを積層して造形物を造形する造
   形物の造形方法であって、
   前記シートを、載置部上の最上位に載置し、
   前記シートに混合された前記熱可塑性樹脂の少なくとも一部を、加熱によって溶融させ
   下位のシートと接着させ、造形物を造形することを特徴とする造形物の造形方法。
7. 繊維と熱可塑性樹脂の粉体とを混合して結着したシートを積層して造形物を造形する造
   形物の造形方法であって、
   第１のシートの上に、第２のシートを積み重ね、
   前記第２のシートに混合された前記熱可塑性樹脂の少なくとも一部を、加熱によって溶
   融させ前記第１のシートと接着させ、造形物を造形することを特徴とする造形物の造形方
   法。

Images