JP6700958B2 - 造形装置及び造形方法 - Google Patents

Description

本発明は、造形装置及び造形方法に関するものである。

近年、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）、３次元プリンタ、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）等と呼ばれる立体造形技術が注目を集めている（本明細書ではこれらの技術を総称してＡＭ技術と呼ぶ）。ＡＭ技術は、立体モデルの３次元形状データをスライスして複数のスライスデータを生成し、スライスデータに基づいて造形材料を層状にステージ上に順次積層して固着することで、三次元物体（立体物）を作製する技術である。
特許文献１では、電子写真方式によって熱可塑性の造形材料からなる像を形成し、この像を加熱し溶融することにより１層の材料層を形成した後、材料層を順次積層して固着することで、立体物を作製する技術が提案されている。

米国特許出願公開第２０１３／０１８６５５８号明細書

特許文献１のＡＭ技術においては、作製途中の立体物（以下、中間造形物）に材料層を積層する際、材料層と中間造形物の表面とを造形材料のガラス転移温度（Ｔｇ）以上に加熱している。熱可塑性材料は、ガラス転移温度以上の温度になると粘性を生じる。よって、材料層をガラス転移温度以上に加熱することで、材料層と材料層の搬送体との間の付着力を強くすることができる。
しかしながら、材料層と搬送体との間の付着力が強くなると、積層時に、材料層の一部が中間造形物上に積層せずに、搬送体上に残ってしまい、積層不良が発生してしまうことが懸念される。

本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、積層不良の発生を低減させ、より精度の高い立体物を作製することを目的とする。

本発明の第１態様は、
担持体に担持された熱可塑性の造形材料を、ステージ上で積層することによって３次元の立体物を作製する造形装置において、
前記ステージ上の立体物の積層面を加熱する加熱手段と、
前記ステージ上の立体物の積層面に、前記担持体に担持された前記造形材料を積層する積層手段と、
前記加熱手段および前記積層手段を制御する制御手段と、
を有しており、
前記制御手段が、前記加熱手段により前記積層面を前記造形材料の軟化温度以上に加熱し、前記積層面に前記軟化温度よりも低い温度の前記造形材料を積層するよう制御する
ことを特徴とする造形装置を提供する。

本発明の第２態様は、
担持体に担持された熱可塑性の造形材料を、ステージ上に積層することによって３次元の立体物を作製する造形装置による造形方法であって、
前記ステージ上の立体物の積層面を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程により前記造形材料の軟化温度以上に加熱された前記ステージ上の立体物の前記積層面に、前記担持体に担持された、温度が前記軟化温度よりも低い前記造形材料を積層する積層工程と、
を含むことを特徴とする造形方法を提供する。

本発明によれば、積層不良の発生を低減させ、より精度の高い立体物を作製することが可能となる。

実施形態に係る造形装置の全体構成を模式的に示す図 本実施形態に係る造形装置の造形工程を説明するための図 第２実施形態に係る造形装置を模式的に示す図 第３実施形態に係る造形装置を模式的に示す図 第４実施形態に係る造形装置を模式的に示す図 第５実施形態に係る造形装置を模式的に示す図 第６実施形態に係る造形装置を模式的に示す図 第７実施形態に係る造形装置を模式的に示す図 第８実施形態に係る造形装置を模式的に示す図 電子写真プロセスを利用して材料層を配置する画像形成部を示す模式図

以下、この発明を実施するための形態を図面を参照して例示的に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、その相対配置など、各種制御の手順、制御パラメータ、目標値などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
本発明は、積層造形技術（ＡＭ技術）、すなわち、造形材料を２次元に配置して層状に積層することによって３次元物体（立体物）を作製する技術を採用した造形装置に関する。
造形材料としては、作製する立体物の用途・機能・目的などに応じてさまざまな材料を選択することができる。本明細書では、造形目的の３次元物体を構成する材料を「構造材料」と呼び、構造材料で形成される部分を構造体と呼ぶ。作製途中の構造体を支持するためのサポート体（例えばオーバーハング部を下から支える柱）を構成する材料を「サポート材料」と呼ぶ。また両者を特に区別する必要がない場合には、単に「造形材料」という用語を用いる。構造材料としては、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＡＢＳ、ＰＳ（ポリスチレン）など、熱可塑性の樹脂を用いることができる。また、サポート材料としては、構造体からの除去を簡単にするため、熱可塑性と水溶性を有する材料を好ましく用いることができる。サポート材料としては、例えば、糖質、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）などを例示できる。

また、本明細書では、造形目的とする立体モデルの３次元形状データを積層方向に沿って複数層にスライスして得られるデジタルデータを「スライスデータ」と呼ぶ。スライスデータは、必要に応じて、サポート材料のデータなどの情報を付加して生成される。スライスデータに基づき造形材料で形成される層を「材料層」と呼ぶ。この材料層は、１又は複数の画像形成部（像形成手段）で形成された像により構成されるものであり、各画像形成部で形成される像を「材料画像」と呼ぶ。「材料層」は換言すると、用いる造形材料の種類に応じて、１又は複数の材料画像を組み合わせて形成される粒子の層である。
また、造形装置を用いて作製しようとする立体モデル（つまり造形装置に与えられる３
次元形状データが表す３次元物体）を「造形対象物」と呼ぶ。また、造形装置で作製された（出力された）３次元物体（立体物）を「造形物」と呼ぶ。造形物がサポート体を含む場合において、サポート体を除いた部分が造形対象物を構成する「構造体」となる。また、造形装置を用いて作製途中の過程にあるステージ上の３次元物体（積層物）を「中間造形物」と呼ぶ。

［本実施形態の特徴的な構成及び造形方法］
以下に、本発明の実施形態に係る造形装置の特徴的な構成及び造形方法について、造形装置の全体構成とともに説明する。図１は、本実施形態に係る造形装置の全体構成を模式的に示す図である。図２Ａ〜図２Ｄは、本実施形態に係る造形装置の造形工程を説明するための図である。図２Ａは、材料層Ｍの転写工程、及び、中間造形物Ｓの加熱工程を示し、図２Ｂは、材料層Ｍの搬送工程を示し、図２Ｃは、材料層Ｍの積層工程を示し、図２Ｄは、材料層Ｍの固着工程を示している。

図１に示すように、造形装置１は、概略、制御ユニットＵ１、材料層形成ユニットＵ２、積層ユニットＵ３を有して構成される。
制御ユニットＵ１は、造形対象物の３次元形状データから複数層のスライスデータを生成する処理、材料層形成ユニットＵ２や積層ユニットＵ３などの造形装置１の各部の制御などを担うユニットである。材料層形成ユニットＵ２は、電子写真プロセスを利用して造形材料Ｍａ，Ｍｂからなる材料層Ｍを形成するユニットである。材料層形成ユニットＵ２が、セットされる造形材料Ｍａ、Ｍｂの種類を自動的に検知して制御ユニットＵ１に造形材料の情報を送ったり、作業者が直接入力したりして、制御ユニットＵ１に造形材料の種類を認識させる。積層ユニットＵ３は、材料層形成ユニットＵ２で形成された複数層の材料層を順に積層し固着することによって、造形物を作製するユニットである。造形装置１は、材料層形成ユニットＵ２と積層ユニットＵ３との最近接距離を変更可能な構成を有しており、本実施形態では、材料層形成ユニットＵ２は図１において水平方向に移動可能に構成されている。

以下に、材料層形成ユニットＵ２について具体的に説明する。まず、制御ユニットＵ１で生成されたスライスデータに基づいて、画像形成部１０ａ，１０ｂにて材料画像が形成される。画像形成部１０ａ，１０ｂにて形成された材料画像は、それぞれ転写装置１０４ａ，１０４ｂにて中間担持体１１１に転写され、材料層Ｍとなる。中間担持体１１１に材料層Ｍが形成されると、材料層形成ユニットＵ２は積層ユニットＵ３側へと移動し、中間担持体１１１と第２中間担持体２０とが接触する。中間担持体１１１と第２中間担持体２０との間に、不図示の高圧電源により電界が形成されることで、中間担持体１１１上の材料層Ｍが第２中間担持体２０へと静電的に転写される（図２Ａ）。

材料層形成ユニットＵ２から積層ユニットＵ３の第２中間担持体２０へ転写された材料層Ｍが、そのまま積層位置Ｎへと搬送される間、ステージ２３上の中間造形物Ｓは、その積層面Ｓａが目標温度となるまでヒータ２２により加熱される（図２Ａ，２Ｂ）。本実施形態の特徴として、この目標温度は、各造形材料の軟化温度以上に設定される。造形材料の軟化温度は、制御ユニットＵ１が認識した造形材料の種類に基づいて設定される。具体的には、制御ユニットＵ１が、材料種類と軟化温度の関係を示すテーブルを参照して設定するとよい。テーブルは、制御ユニット自身が保有していても良いし、制御ユニット外に保有されていても良い。積層面Ｓａが目標温度に達したかどうかは、あらかじめ測定した積層面Ｓａを目標温度になるまで加熱するまでに必要なヒータ温度と加熱時間の関係に基づいて判断してもよいし、放射温度計で積層面Ｓａをモニタして判断しても良い。また、材料層形成ユニットＵ２から第２中間担持体２０へ材料層Ｍが転写されると、材料層形成ユニットＵ２は、積層ユニットＵ３において発生する熱の影響を受けないように、積層ユニットＵ３から離れる側へと移動する（図２Ｂ）。

ここで、軟化温度は、材料（造形材料）の粒子の集合体を直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円柱状に加圧成形した成形体のせん断方向の貯蔵弾性率および損失弾性率の温度依存性を、次のようにして測定したときに、貯蔵弾性率が１０ＭＰａとなる温度である。それは、角周波数を１Ｈｚとした回転式レオメーターによって２℃／分の割合で昇温させて測定したときである。また、積層位置Ｎは、材料層Ｍの積層（中間造形物Ｓに材料層を積み上げる工程）が行われる位置であり、図１の構成では、第２中間担持体２０とステージ２３とが材料層Ｍ及び中間造形物Ｓを介して当接する部分が積層位置Ｎとなる。
第２中間担持体２０により担持された材料層Ｍが、積層位置Ｎに到達すると、第２中間担持体２０上の材料層Ｍは、中間造形物Ｓの積層面Ｓａに接触し、中間造形物Ｓに転写され積層される（図２Ｃ）。

このとき、軟化温度以上に加熱された中間造形物Ｓの積層面Ｓａは粘性を有しているため、材料層Ｍとの間に強い付着力Ｍｆ’が生じる。これに対して、第２中間担持体２０及び材料層Ｍの各温度は軟化温度未満（常温以上）に設定されており、これにより材料層自体には粘性が生じない為、第２中間担持体２０と材料層Ｍとの付着力Ｍｆは比較的低い値となっている。このように、中間造形物Ｓの積層面Ｓａを軟化温度以上に加熱しておき、第２中間担持体２０及び材料層Ｍの各温度を軟化温度未満とすることで、第２中間担持体２０上の材料層Ｍを、より確実に中間造形物Ｓ上に転写させることができる。
なお、材料層Ｍを軟化温度以上に加熱すると、材料層Ｍに粘性が生じる為、第２中間担持体２０と材料層Ｍとの付着力Ｍｆが大きくなり、第２中間担持体２０上の材料層Ｍの一部が中間造形物Ｓ上に転写されず、第２中間担持体２０上に残る積層不良が生じ易くなる。
ステージ２３上の中間造形物Ｓに材料層Ｍが積層されると、ステージ２３がヒータ２２の加熱領域となる位置まで移動し、中間造形物Ｓに積層された材料層Ｍの部分がヒータ２２により溶融され中間造形物Ｓに固着される（図２Ｄ）。

以上のように、本実施形態では、積層面Ｓａの温度が軟化温度以上の中間造形物Ｓに、温度が軟化温度未満の材料層Ｍを転写し積層することを特徴とするものである。これにより、第２中間担持体２０上に造形材料が残ってしまう積層不良の発生を抑制することができ、より高い精度で造形物を作製することが可能となる。
以下に、本発明を好適に適用できる造形装置の具体例について、第１〜第８実施形態を用いて説明する。第１〜第８実施形態のいずれの形態においても、上述した効果と同様の効果を得ることができる。なお、上述の実施形態、及び第１〜第８実施形態において、同様の構成部分については同一の符号を付している。

＜第１実施形態＞
以下に、第１実施形態について説明する。
まず、本実施形態の制御ユニットＵ１の構成について説明する。
［制御ユニット］
図１に示すように、制御ユニットＵ１は、その機能として、３次元形状データ入力部Ｕ１０、スライスデータ計算部Ｕ１１、材料層形成ユニット制御部Ｕ１２、積層ユニット制御部Ｕ１３等を有する。

３次元形状データ入力部Ｕ１０は、外部装置（例えばパソコンなど）から造形対象物の３次元形状データを受け付ける機能を有する。３次元形状データとしては、３次元ＣＡＤ、３次元モデラー、３次元スキャナ等で作成・出力されたデータを用いることができる。そのファイル形式は問わないが、例えば、ＳＴＬ（ＳｔｅｒｅｏＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）ファイル形式を好ましく用いることができる。

スライスデータ計算部Ｕ１１は、３次元形状データで表現された造形対象物を所定のピッチでスライスして各層の断面形状を計算し、その断面形状を基に材料層形成ユニットＵ２で画像形成に用いるデータ（スライスデータ）を生成する機能を有する。さらに、スライスデータ計算部Ｕ１１は、３次元形状データ又は上下層の断面形状を解析して、オーバーハング部（宙に浮く部分）の有無を判断し、必要に応じてサポート体の形成に用いられるデータを含むスライスデータを生成する。
本実施例の材料層形成ユニットＵ２は、複数種類の造形材料を用いた材料層の形成が可能である。そのため、各造形材料からなる材料画像を形成するためのデータを含むスライスデータに対応した材料層を形成することができる。スライスデータのファイル形式としては、例えば、多値の画像データ（各値が造形材料の種類を表す）やマルチプレーンの画像データ（各プレーンが造形材料の種類に対応する）を用いることができる。

材料層形成ユニット制御部Ｕ１２は、スライスデータ計算部Ｕ１１で生成されたスライスデータを基に、材料層形成ユニットＵ２における材料層形成プロセスを制御する機能を有する。後述するが、材料画像を構成する造形材料の粒子が所定の条件を満たす配置になるように現像装置を制御するのも、制御ユニットＵ１である。また、積層ユニット制御部Ｕ１３は、積層ユニットＵ３における積層プロセスを制御する機能を有する。

また、図示しないが、制御ユニットＵ１は、操作部、表示部、記憶部も備える。操作部は、ユーザからの指示を受け付ける機能を有する。例えば、電源のオン／オフ、装置の各種設定、動作指示などの入力が可能である。表示部は、ユーザへの情報提示を行う機能を有する。例えば、各種設定画面、エラーメッセージ、動作状況などの提示が可能である。記憶部は、３次元形状データ、スライスデータ、各種設定値などを記憶する機能を有する。
制御ユニットＵ１は、ハードウエア的には、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ、補助記憶装置（ハードディスク、フラッシュメモリなど）、入力デバイス、表示デバイス、各種Ｉ／Ｆを具備したコンピュータにより構成することができる。上述した各機能部Ｕ１０〜Ｕ１３は、補助記憶装置などに格納されたプログラムをＣＰＵが読み込んで実行し、必要なデバイスを制御することで実現されるものである。ただし、上述した機能部のうちの一部又は全部をＡＳＩＣやＦＰＧＡなどの回路で構成したり、あるいは、クラウドコンピューティングやグリッドコンピューティングなどの技術を利用して他のコンピュータに実行させてもよい。

［材料層形成ユニット］
次に、材料層形成ユニットＵ２の構成を説明する。
材料層形成ユニットＵ２は、電子写真プロセスを利用して造形材料からなる材料層を形成するユニットである。電子写真プロセスは、次のようにして所望の材料画像を像担持体（感光体）上に形成する手法である。まず、像担持体を一様に帯電し、帯電した像担持体に画像情報に応じた露光を行うことで、画像情報に応じた潜像（静電潜像）を像担持体に形成する。そして、像担持体上の潜像部分に現像剤粒子（造形材粒子）を付着させて、像担持体に現像剤像を形成する。このような一連のプロセスによって、所望の材料画像を像担持体上に形成する。

図１に示すように、材料層形成ユニットＵ２は、第１画像形成部１０ａ、第２画像形成部１０ｂ、転写部１１を備えており、材料層形成ユニットＵ２ごと水平方向に移動可能になっている。
第１画像形成部１０ａは、造形材料Ｍａを用いて材料画像を形成するための画像形成手段である。第１画像形成部１０ａは、像担持体１００ａ、像担持体１００ａを帯電する帯電装置１０１ａ、像担持体１００ａを露光して潜像を形成する露光装置１０２ａ、潜像を造形材料Ｍａによって現像し像担持体１００ａ表面に材料画像を形成する現像装置１０３
ａを有する。また第１画像形成部１０ａは、像担持体１００ａをクリーニングするクリーニング装置１０５ａを有する。

第２画像形成部１０ｂは、造形材料Ｍｂを用いて材料画像を形成するための画像形成手段である。第２画像形成部１０ｂは第１画像形成部１０ａ同様に、像担持体１００ｂ、帯電装置１０１ｂ、露光装置１０２ｂ、現像装置１０３ｂ、クリーニング装置１０５ｂを有する。
転写部１１は、転写装置１０４ａ，１０４ｂ、中間担持体１１１、第２クリーニング装置１１２、画像検知センサ１１３を備えている。画像形成部１０ａ，１０ｂで形成された材料画像が転写装置１０４ａ，１０４ｂにより中間担持体１１１に転写され、材料層が形成される。

本実施例では、造形材料Ｍａとして、熱可塑性の樹脂等からなる構造材料を用い、造形材料Ｍｂとして、熱可塑性及び水溶性を有するサポート材料を用いる。なお、オーバーハング部が無くサポート体が必要無い断面の場合には、画像形成部１０ｂでの画像形成は行わない。その場合、構造材料の材料画像のみで材料層が形成されることとなる。各造形材料の粒子の直径は５μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。

これらの画像形成部１０ａ，１０ｂは、中間担持体１１１の表面に沿って、中間担持体１１１の搬送方向に並んで配置されている。
なお、図１では、中間担持体１１１の回転方向（ベルト表面の移動方向）において、構造材料を用いる画像形成部１０ａを、サポート材料を用いる画像形成部１０ｂよりも上流側に配置したが、画像形成部の配置順はこれに限らず、適宜設定することができる。また、画像形成部の数は２つに限定されるものではなく、１つ又は複数設けられるものであってもよい。すなわち、画像形成部は、造形装置の仕様、用いる造形材料の種類や数に応じて、適切な数に設定することができる。

以下、材料層形成ユニットＵ２の各部の構成について詳しく説明する。ただし、画像形成部１０ａ，１０ｂに共通する説明の中では、説明の便宜上、各構成部材の符号に添えた添え字ａ，ｂを省略し、画像形成部１０、像担持体１００などと記載する場合もある。
図１０は、電子写真プロセスを利用して材料層を配置する画像形成部１０の構成を模式的に示す図である。
（像担持体）
像担持体１００は、潜像を担持するための部材である。本実施形態では、アルミニウムなどの金属製シリンダの外周面に光導電性を有する感光体層が形成された感光体ドラムが用いられる。感光体としては、有機感光体（ＯＰＣ）、アモルファスシリコン感光体、セレン感光体などを用いることができ、造形装置の用途や要求性能に応じて感光体の種類を適宜選択すればよい。像担持体１００は、不図示の枠体に回転自在に支持されており、材料画像の形成時には不図示の駆動源によって図１０において反時計周りに一定速度で回転する。

（帯電装置）
帯電装置１０１は、像担持体１００の表面を一様に帯電させるための帯電手段である。本実施例では、コロナ放電による非接触帯電方式を用いるが、帯電ローラを像担持体１００の表面に接触させるローラ帯電方式など他の帯電方式を用いても構わない。
（露光装置）
露光装置１０２は、画像情報（スライスデータ）に従って像担持体１００を露光し、像担持体１００の表面上に潜像を形成する露光手段である。露光装置１０２は、例えば、半導体レーザや発光ダイオードなどの光源と、高速回転するポリゴンミラー等を有する走査手段と、結像レンズ等の光学部材とを有して構成される。

（現像装置）
現像装置１０３は、公知の接触１成分現像方式を用い、現像剤として造形材料（ここでは、構造材料又はサポート材料の粒子）を像担持体１００に供給することで、潜像を可視化する現像手段である。なお、本明細書では、像担持体１００上で現像剤によって可視化された像を材料画像と称している。
現像装置１０３は、いわゆる現像カートリッジの構造をとり、材料層形成ユニットＵ２に対し着脱自在に設けられているとよい。これにより、カートリッジの交換により現像剤（構造材料、サポート材料）の補充・変更が容易にできる。また、像担持体１００、現像装置１０３、クリーニング装置１０５などを一体のカートリッジとし（いわゆるプロセスカートリッジ）、像担持体自体の交換を可能にしてもよい。構造材料やサポート材料の種類、固さ、粒径により像担持体１００の摩耗や寿命が特に問題となる場合には、プロセスカートリッジ構成の方が実用性・利便性に優れる。

（クリーニング装置）
クリーニング装置１０５は、転写されずに像担持体１００上に残った造形材料の粒子等を回収し、像担持体１００の表面を清浄する手段である。本実施例では、像担持体１００に対しカウンタ方向に当接させたクリーニングブレードによって粒子を掻き落とすブレード方式のクリーニング装置１１５を採用するが、ブラシ方式や静電吸着方式のクリーニング装置を用いてもよい。
（転写装置）
転写部１１に設けられた転写装置１０４は、像担持体１００の周面に形成された材料画像を中間担持体１１１の表面へ転写させる転写手段である。転写装置１０４は、中間担持体１１１を挟んで像担持体１００の反対側に配置されており、像担持体１００上の材料画像の帯電極性と逆極性の電圧が印加されることで、静電的に材料画像を中間担持体１１１へと転写させる。像担持体１００から中間担持体１１１への転写を１次転写とも称す。なお、本実施例では、コロナ放電を利用した転写方式を用いるが、ローラ転写方式や、静電転写方式以外の転写方式を用いても構わない。

（中間担持体）
中間担持体１１１は、各画像形成部１０で形成された材料画像が転写される担持体（搬送体）である。第１画像形成部１０ａから中間担持体１１１に構造材料で形成される材料画像が転写された後、それと中間担持体１１１上の位置を合わせて、第１画像形成部１０ａよりも下流側の第２画像形成部１０ｂからサポート材料で形成される材料画像が転写される。このことで、中間担持体１１１の表面上に１枚分（１層分）の材料層が形成される。
中間担持体１１１は、樹脂、ポリイミド等の材料で形成された無端状のベルト部材であり、図１に示すように、複数のローラ１１４，１１５に張架されている。なお、ローラ１１４，１１５の他にテンションローラを設け、中間担持体１１１のテンションを調整できるようにしてもよい。ローラ１１４，１１５のうち少なくとも１つは駆動ローラであり、材料層の形成時には不図示の駆動源の駆動力によって中間担持体１１１を図１，１０において時計周りに回転させる。また、ローラ１１４は、積層ユニットＵ３の第２中間担持体２０との間で２次転写部を形成するローラである。

（第２クリーニング装置）
第２クリーニング装置１１２は、中間担持体１１１の表面に付着した造形材料等をクリーニングする手段である。本実施例では、中間担持体１１１に対しカウンタ方向に当接させたクリーニングブレードによって材料を掻き落とすブレード方式のクリーニング装置を採用するが、ブラシ方式や静電吸着方式のクリーニング装置を用いてもよい。
（画像検知センサ）
画像検知センサ１１３は、中間担持体１１１の表面に担持された材料層の位置や造形材粒子の濃度を読み取る検知手段である。画像検知センサ１１３の検知結果は、材料層の位置合わせ、積層ユニットＵ３とのタイミング制御、材料層の異常検知等に利用される。なお、材料層の異常とは、材料層が所望の像でない、像が無い、厚みのばらつきや像の位置ずれが許容値を超える等をいう。
材料層の造形材粒子の濃度は、画像検知センサ１１３が材料層の単位体積当りの投影面積率を検知する機能を備えることによって読み取ることができる。具体的には、画像検知センサ１１３が、材料層に照明を当てて得られた濃淡画像を画像処理する機能を備えていればよい。

［積層ユニット］
次に、積層ユニットＵ３の構成について説明する。
積層ユニットＵ３は、材料層形成ユニットＵ２で形成された材料層を中間担持体１１１から受け取り、これを順に積層し固着することによって、造形物を形成するユニットである。
図１に示すように、積層ユニットＵ３は、第２中間担持体２０、画像検知センサ２１、ヒータ２２、ステージ２３、冷却装置２４、第３クリーニング装置２５を備えている。以下、積層ユニットＵ３の各部の構成について詳しく説明する。

（第２中間担持体）
第２中間担持体２０は、材料層形成ユニットＵ２で形成された材料層を中間担持体１１１から受け取り、その材料層を積層位置Ｎまで担持搬送する搬送体である。
第２中間担持体２０は、樹脂、ポリイミドや、ステンレス等の金属などの材料からなる円筒状のドラム部材（筒状部材）である。第２中間担持体２０は、不図示の駆動源の駆動力によって図１において反時計周りに回転する。第２中間担持体２０の表面には、材料層との付着力Ｍｆを下げる為に、ＰＴＦＥ、ＰＦＡといったフッ素系樹脂を塗布することが望ましい。ここで、ＰＴＦＥはポリテトラフルオロエチレンであり、ＰＦＡはテトラフルオロエチレン パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体である。
（第２画像検知センサ）
第２画像検知センサ２１は、第２中間担持体２０の表面に担持された材料層の位置や造形材粒子の濃度を検知する検知手段である。第２画像検知センサ２１は、第２中間担持体２０の回転方向において、中間担持体１１１と第２中間担持体２０との当接位置より下流側、かつ積層位置Ｎより上流側に設置されている。
第２画像検知センサ２１の検知結果は、材料層の位置合わせ、積層位置Ｎへの搬送タイミング制御等に利用される。

（ヒータ）
ヒータ２２は、中間造形物Ｓ、及び、中間造形物Ｓの積層面Ｓａに転写された材料層Ｍの温度を制御する温度制御手段である。ヒータ２２としては、例えば、セラミックヒータ、ハロゲンヒータ等を用いることができる。また、ヒータ２２の温度は、材料層Ｍが溶融する温度以上に設定されていることが望ましい。また、ヒータ２２と中間造形物Ｓとの間の距離を調整することで、中間造形物Ｓの積層面Ｓａの温度を制御することができる。これにより、材料層Ｍが中間造形物Ｓに転写した後、ヒータ２２を中間造形物Ｓに近づけることにより、材料層Ｍを溶融させ中間造形物Ｓに固着させることができる（図２Ｄ）。ここで、ヒータ２２とステージ２３上の中間造形物Ｓとの間の距離は、ヒータ２２とステージ２３のうち、少なくともいずれかを上下方向に移動させることにより調整するとよい。また、本実施形態では、後述のように、ステージ２３をヒータ２２の加熱領域まで移動させて、中間造形物Ｓ、及び、中間造形物Ｓの積層面Ｓａに転写された材料層Ｍを加熱するものであるが、これに限るものではない。ステージ２３及び／又はヒータ２２が、積層が行われる際の位置と、ヒータ２２による加熱が行われる際の位置との間を移動可能に配設
されるものであればよい。

（ステージ）
ステージ２３は、材料層Ｍが積層される平面台である。ステージ２３は、不図示のアクチュエータ等の駆動手段によって、図１において上下方向と水平方向（円筒状の第２中間担持体２０の外周面のうち図１に示す積層位置Ｎにおける法線方向と接線方向）に移動可能に構成されている。積層位置Ｎまで担持搬送された材料層Ｍをステージ２３と第２中間担持体２０との間で挟み込むことで、中間造形物Ｓの積層面Ｓａの粘性により、第２中間担持体２０側からステージ２３側へと材料層Ｍを転写させることができる。

ステージ２３の表面には、溶媒に可溶な材料、又は、温度変化に対応して粘着と非粘着が変化する感温性粘着剤が予め設置されていることが望ましい。本実施形態では、溶媒に可溶な材料として熱可塑性樹脂（熱可塑性材料）Ｍｓを配置した例を示している。ステージ２３の表面に熱可塑性樹脂Ｍｓを設けた場合、この熱可塑性樹脂Ｍｓを造形が完了した際に除去することで、ステージ２３から造形物をより簡単に取り外すことができる。ここで、熱可塑性樹脂Ｍｓは、熱可塑性及び水溶解性を有するサポート材料と同じ材料であることが望ましく、材料層形成ユニットＵ２によりサポート材料のみの材料層Ｍを形成し、ステージ２３に積層することで作製してもよい。また、１層目の材料層Ｍは、熱可塑性樹脂Ｍｓの上に直接転写することになるため、１層目の材料層Ｍを積層する際は、熱可塑性樹脂Ｍｓの表面を、熱可塑性樹脂Ｍｓの軟化温度以上にすることが望ましい。
また、ステージ２３の表面に感温性粘着剤を設けた場合には、造形が完了した際に予め設定されたスイッチング温度以下として感温性粘着剤の粘着力を消失させることで、ステージ２３から造形物をより簡単に取り外すことができる。感温性粘着剤としては、ニッタ株式会社製の感温性粘着シート インテリマー（登録商標）テープを用いることができる。ここで、本実施形態では、第２中間担持体２０、ヒータ２２及びステージ２３によって、材料層Ｍを積層する積層手段が構成される。

（冷却装置）
冷却装置２４は、第２中間担持体２０を冷却するための装置である。第２中間担持体２０は、ヒータ２２によって加熱された中間造形物Ｓに対して、材料層Ｍを介して接触するため、その熱によって表面が昇温しやすい。また、ヒータ２２が隣接するように配置されているため、ヒータ２２の熱によって昇温しやすい。第２中間担持体２０の温度が材料層Ｍの軟化温度以上になると、積層不良が生じることが懸念される。このため、第２中間担持体２０は冷却装置２４によって冷却することが望ましい。また、冷却装置２４により第２中間担持体２０を冷却することで、積層ユニットＵ３における熱の影響が材料層形成ユニットＵ２に及ぶことを抑制することができる。
本実施形態では、冷却装置２４は、第２中間担持体２０の回転方向において積層位置Ｎよりも下流に設置しているが、これに限るものではない。すなわち、冷却装置２４は、第２中間担持体２０の温度が材料層Ｍの軟化温度以上にならないように、第２中間担持体２０を冷却できるものであれば、その設置位置は特に限定されるものではない。また、冷却装置２４は、コンプレッサやファン等によって空冷する方式が望ましいが、その冷却方式は特に限定されるものでなく、例えば第２中間担持体２０内部から冷却水によって水冷する方式でもよい。
なお、ヒータ２２の熱が第２中間担持体２０に直接加わるのを抑制するため、第２中間担持体２０とヒータ２２との間に断熱部材を設けるのも好ましい。

（第３クリーニング装置）
第３クリーニング装置２５は、第２中間担持体２０に付着したコンタミや、濃度不足等により中間造形物Ｓに積層されなかった造形材料等を第２中間担持体２０上から除去するための装置である。本実施形態の第３クリーニング装置２５では、第２中間担持体２０に
おける材料層Ｍを担持搬送する面（担持面）に対してカウンタ方向に当接させたクリーニングブレードによってコンタミや造形材料を掻き落とすブレード方式を採用する。しかしながら、これに限らず、ブラシ方式や静電吸着方式のクリーニング装置を用いてもよい。また、図１では、第３クリーニング装置２５は、第２中間担持体２０の回転方向において冷却装置２４よりも下流に設置されているが、これに限らず、積層位置Ｎよりも下流であれば、冷却装置２４よりも上流に設置されるものであってもよい。

これらのユニットＵ１〜Ｕ３は、互いに異なる筐体に収められていてもよいし、１つの筐体の中に収められていてもよい。ユニットＵ１〜Ｕ３を別筐体にする構成は、造形装置の用途、要求性能、使用したい造形材料、設置スペース等に応じて、また故障時の対応として、ユニットの組み合わせや交換等を容易に行うことができ、装置構成の自由度及び利便性を向上できる利点がある。一方、全てのユニットを１つの筐体内に収める構成は、装置全体の小型化、コストダウンなどの利点がある。

＜第２実施形態＞
以下に、第２実施形態について説明する。
図３は、本実施形態に係る造形装置を模式的に示す図である。
本実施形態は、加熱手段としてのヒータ２６が、表面に弾性ゴムを有したローラ形状で構成されている。ローラ内部には、不図示のハロゲンヒータ等の加熱部が内蔵されており、図３において反時計回りに回転している点を除いて第１実施形態と同様である。本実施形態では、ヒータ２６の回転軸は、回転可能に造形装置本体に支持され、実施形態１同様、ステージ２３が図３の水平方向に移動することで、ステージ２３上の中間造形物Ｓがヒータ２６により加熱される構成としている。

ヒータ２６は、その表面の弾性ゴム層が、中間造形物Ｓの積層面Ｓａと接触することで、中間造形物Ｓの積層面Ｓａを軟化温度以上に加熱する。このとき、ヒータ２６の弾性ゴム層と、中間造形物Ｓの積層面Ｓａとが接触した状態を保ちながら、ヒータ２６の回転動作と、ステージ２３の水平方向への移動動作が行われることで、中間造形物Ｓの積層面Ｓａが全域にわたって加熱される。
ヒータ２６の弾性ゴム層の表面にはフッ素系樹脂が塗布されていることが望ましく、これにより、中間造形物Ｓの積層面Ｓａとヒータ２６の間に生じる付着力を抑えることができる。また、ヒータ２６の弾性ゴム層を中間造形物Ｓの積層面Ｓａに十分接触させ中間造形物Ｓの積層面Ｓａを加圧することで、中間造形物Ｓの内部と中間造形物Ｓの積層面Ｓａとの間に存在する気泡を除去することができる。

＜第３実施形態＞
以下に、第３実施形態について説明する。
図４は、本実施形態に係る造形装置を模式的に示す図である。
本実施形態では、図４に示すように、加熱手段として、ステージ２３を囲うように高温槽２７が設置されており、さらに、熱風を発生させて高温槽２７内に送る熱風発生機２８が設置されている点を除いて第１実施形態と同様である。

熱風発生機２８から発生した熱風により高温槽２７内を目標温度に保持するように構成することで、中間造形物Ｓの積層面Ｓａの温度を常に中間造形物Ｓの軟化温度以上にすることができる。また、高温槽２７内を一定温度に保つことで、中間造形物Ｓの周辺の雰囲気温度を一定に保つことができるので、中間造形物Ｓ内の温度ムラを低減することができる。これにより、中間造形物Ｓ内の温度ムラに起因して中間造形物Ｓに歪み（変形）が生じたり、歪みにより中間造形物Ｓにヒビが生じたりするのを抑制することができる。
また、図４に示すように、高温槽２７の上部には開口部２７ａが設けられており、開口部２７ａを介して、第２中間担持体２０からステージ２３へ材料層を転写することができ
る。
また、図４に示す上述の高温槽２７を含む加熱部に第１実施形態のヒータ２２を加えた構成、すなわち、高温槽２７内を移動可能なステージ２３上の中間造形物Ｓの積層面Ｓａをヒータ２２で加熱する構成としてもよい。

＜第４実施形態＞
以下に、第４実施形態について説明する。
図５は、本実施形態に係る造形装置を模式的に示す図である。
本実施形態では、ヒータ２２とは別に、中間造形物Ｓの積層面Ｓａに転写された材料層Ｍの温度を制御する温度制御手段として第２ヒータ２９が配設されている点を除いて第１実施形態と同様である。第２ヒータ２９においては、例えば、セラミックヒータ、ハロゲンヒータ等が内蔵されており、また、ステージ２３側の表面２９ａが研磨されている。第２ヒータ２９の表面２９ａは、後述するように、第２ヒータ２９がステージ２３上の中間造形物Ｓに接触する際の接触面である。第２ヒータ２９の積層面２９ａは、平均粗さが１μｍ以下となるように研磨されていることが望ましい。本実施形態では、ヒータ２２の温度は、材料層Ｍの軟化温度以上、かつ、材料層Ｍが溶融する温度未満であり、第２ヒータ２９の温度は、材料層Ｍが溶融する温度以上に設定されていることが望ましい。

以下に、本実施形態特有の第２ヒータ２９で、ステージ２３上の中間造形物Ｓを加熱する工程について説明する。
まず、ステージ２３上の中間造形物Ｓの積層面Ｓａに材料層Ｍが積層されると、ステージ２３は、第２ヒータ２９の下方に位置するまで、図５において水平方向右側に移動する。ステージ２３が第２ヒータ２９の下方に位置した後、第２ヒータ２９が降下しステージ２３上の材料層Ｍに接触することで、材料層Ｍが加熱及び／又は加圧され中間造形物Ｓに固着される。
材料層Ｍが中間造形物Ｓに固着されると、第２ヒータ２９の加熱動作が停止され、中間造形物Ｓの積層面Ｓａの温度が、材料層Ｍが溶融する温度以下にまで下がった後、第２ヒータ２９は上方に移動して、材料層Ｍが固着された中間造形物Ｓから離間する。なお、第２ヒータ２９の温度を下げるために、第２ヒータ２９を冷却する手段が設置されていてもよい。このときの冷却方式としては、空冷方式であっても水冷方式であってもよく、特に限定されるものではない。

また、第２ヒータ２９の表面２９ａには、フッ素樹脂等の離型剤が塗布されていることが望ましい。
また、第２ヒータ２９のうち、表面２９ａの裏側の面に、加圧センサが複数箇所に設置されているとよい。これにより、第２ヒータ２９がステージ２３上の中間造形物Ｓに積層された材料層Ｍを加圧する際に、各加圧センサの測定値を積層ユニット制御部Ｕ１３にフィードバックすることで、材料層Ｍ及び中間造形物Ｓを均一に加圧することができる。これにより、より精度の高い造形物を作製することができる。

＜第５実施形態＞
以下に、第５実施形態について説明する。
図６は、本実施形態に係る造形装置を模式的に示す図である。
本実施形態では、図６に示すように、積層ユニットＵ３が、第３中間担持体３０、予備加熱ヒータ３１、冷却装置３４、第４クリーニング装置３６、画像検知センサ２１、ヒータ２２、ステージ２３を備えている点を除いて第１実施形態と同様である。以下、本実施形態特有の積層ユニットＵ３の各部の構成について詳しく説明する。

（第３中間担持体）
第３中間担持体３０は、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）等の金属や、樹脂、ポリイミド
等の材料で形成された無端状のベルト部材であり、図６に示すように、弾性ローラ３２，３３と金属ローラ３５に張架されている。ここで、弾性ローラ３２，３３は、ウレタン又はシリコーン製の弾性ゴム層を有する。また、金属ローラ３５は、ＳＵＳ又はアルミ等の金属製のローラである。また、弾性ローラ３２，３３、及び金属ローラ３５のうち少なくとも１つは駆動ローラである。

弾性ローラ３２は、材料層形成ユニットＵ２のローラ１１４に対向する位置に配置され、ローラ１１４との間で２次転写部を形成するローラである。また、図６に示すように、材料層形成ユニットＵ２で形成された材料層Ｍが第３中間担持体３０へ静電的（電気的）に転写される際、弾性ローラ３２には高圧電源３７によって電圧が印加される。
また、本実施形態では、弾性ローラ３２は回転可能に造形装置本体に支持されており、材料層形成ユニットＵ２が図８において水平方向に移動可能に構成されている。そして、材料層形成ユニットＵ２の中間担持体１１１から積層ユニットＵ３の第３中間担持体３０に材料層Ｍが転写される際には、材料層形成ユニットＵ２が積層ユニットＵ３側へ移動する。このことで、中間担持体１１１と第３中間担持体３０が接触して２次転写部が形成される。

（予備加熱ヒータ）
予備加熱ヒータ３１は、第３中間担持体３０により電気的に担持され搬送される材料層Ｍを、材料層Ｍの軟化温度に近づくように予備加熱するために設置されている。図６に示すように、第３中間担持体３０上の材料層Ｍを、材料層Ｍの軟化温度未満の温度に加熱することで、第３中間担持体３０上の材料層Ｍを中間造形物Ｓへ転写した後、当該材料層Ｍをヒータ２２で加熱する加熱時間を短縮することができる。
弾性ローラ３３は、積層位置Ｎに位置するステージ２３に第３中間担持体３０を介して対向するように配置されている。図６に示すように、第３中間担持体３０により担持され積層位置Ｎまで搬送された材料層Ｍを第３中間担持体３０とともに、弾性ローラ３３と中間造形物Ｓとで挟み込むことで、第３中間担持体３０上の材料層Ｍが中間造形物Ｓへ転写される。

弾性ローラ３３には、電圧印加手段として高圧電源３８が接続されており、弾性ローラ３３に電圧を印加できるように構成されている。これにより、材料層Ｍの転写時に、中間造形物Ｓの積層面Ｓａの粘性に加えて、静電力を用いることができ、第３中間担持体３０上の材料層Ｍをより容易に、より確実に中間造形物Ｓへ転写させることができる。
また、中間造形物Ｓの積層面Ｓａの電位を測定する表面電位計３９によって、中間造形物Ｓの積層面Ｓａの電位を材料層Ｍの転写前に測定し、測定結果を高圧電源３８にフィードバックすることが望ましい。

（第２冷却装置）
第２冷却装置３４は、第１実施形態の冷却装置２４と同じ機能を有する冷却装置である。本実施形態では、第２冷却装置３４は、第３中間担持体３０における、材料層Ｍを担持搬送する面の裏面に冷風を当てるように配置されている。そのため、第３中間担持体３０を空冷する際、第３中間担持体３０表面に付着したコンタミや、中間造形物Ｓへ転写されずに第３中間担持体３０上に残った造形材料を吹き飛ばしてしまうことがなく、より強い風力で第３中間担持体３０を冷却することができる。

（第４クリーニング装置）
第４クリーニング装置３６は、第３中間担持体３０に残った造形材料やコンタミを回収し、第３中間担持体３０の表面をクリーニングする手段である。本実施形態の第４クリーニング装置３６は、金属ローラ３５との間で第３中間担持体３０を挟み込むように設置されている。本実施形態では、第４クリーニング装置３６に、第３中間担持体３０に対しカ
ウンタ方向に当接させたクリーニングブレードによって造形材料の粒子やコンタミ等を掻き落とすブレード方式を採用するが、クリーニング方式はこれに限るものではない。例えばクリーニング方式として、ブラシ方式や静電吸着方式を用いてもよい。

＜第６実施形態＞
以下に、第６実施形態について説明する。
図７は、本実施形態に係る造形装置を模式的に示す図である。
本実施形態では、図７に示すように、弾性ローラ３２，３３が移動可能に構成され、材料層形成ユニットＵ２は、造形装置本体に固定されている。また、予備加熱ヒータ３１も移動可能に構成され、弾性ローラ３２，３３が移動する際には、予備加熱ヒータ３１は第３中間担持体３０から離れた位置に移動する。

中間担持体１１１から第３中間担持体３０へ材料層Ｍが転写する際は、弾性ローラ３２が材料層形成ユニットＵ２のローラ１１４側へ移動し、同時に弾性ローラ３３が同じ距離だけ移動する。これにより、第３中間担持体３０は、中間担持体１１１から材料層Ｍが転写される転写位置（図６で点線３０ａで示す位置）をとり、中間担持体１１１と接触して２次転写部を形成する。このとき、弾性ローラ３３は、弾性ローラ３２と金属ローラ３５に近づく方向に移動する。
材料層Ｍが第３中間担持体３０に転写されると、弾性ローラ３３は、中間造形物Ｓの積層面Ｓａと第３中間担持体３０とが接触可能な位置まで移動する。弾性ローラ３３の移動と同時に、弾性ローラ３２は弾性ローラ３３と金属ローラ３５に近づく方向へ、弾性ローラ３３が移動した距離だけ移動する。これにより、第３中間担持体３０は、中間担持体１１１から離れた位置をとる。弾性ローラ３２，３３が移動する間、材料層Ｍは第３中間担持体３０により積層位置Ｎに向けて搬送されるが、弾性ローラ３２，３３の移動が完了するまでは、画像検知センサ２１による検知領域に到達しないように構成されている。

弾性ローラ３２，３３の移動が完了すると、第３中間担持体３０上の材料層Ｍは、画像検知センサ２１による検知領域を通過し、中間造形物Ｓに転写される。
本実施形態では、第３中間担持体３０を張架する３つのローラのうち２つのローラが移動可能に構成されるものであったが、これに限るものではない。すなわち、中間担持体を張架する複数のローラのうち少なくとも１つのローラが移動可能に構成され、ローラの移動により、中間担持体が材料層Ｍの転写時以外は、材料層形成ユニットＵ２から離れた位置をとることができる。これにより、材料層形成ユニットＵ２が、積層ユニットＵ３において発生する熱の影響を受けないように構成することができる。

＜第７実施形態＞
以下に、第７実施形態について説明する。
図８は、本実施形態に係る造形装置を模式的に示す図である。
本実施形態では、図８に示すように、造形装置が、ヒータ２２、画像形成部１０ａ，１０ｂ、第２ヒータ２９、ステージ２３を備えている。本実施形態の造形装置は、上述した実施形態のような中間担持体を介さずに、像担持体１００ａ，１００ｂから、ステージ２３上の中間造形物Ｓの積層面Ｓａに材料画像が順に転写され、中間造形物Ｓ上で材料層Ｍが作製されるように構成されている。

以下に、本実施形態の造形装置の造形動作について説明する。
まず、ステージ２３が、ヒータ２２に対向する位置に移動する（図８）。この位置で、ステージ２３上の中間造形物Ｓの積層面Ｓａの温度が、中間造形物Ｓの軟化温度以上となるように、ヒータ２２による加熱が行われる。
中間造形物Ｓの積層面Ｓａが、中間造形物Ｓの軟化温度以上に加熱されると、ステージ２３が像担持体１００ａの対向部まで移動され、造形材料Ｍａからなる材料画像が中間造
形物Ｓ上に転写される。

造形材料Ｍａからなる材料画像が転写されると、ステージ２３が像担持体１００ｂの対向部まで移動され、造形材料Ｍｂからなる材料画像が中間造形物Ｓ上に転写される。
このように造形材料Ｍａ，Ｍｂからなる材料画像が転写されることにより、中間造形物Ｓ上に材料層Ｍが形成される。その後、ステージ２３が第２ヒータ２９の対向部まで移動し、第２ヒータ２９と中間造形物Ｓとの間で材料層Ｍが挟み込まれることで、材料層Ｍは加熱及び／又は加圧され中間造形物Ｓ上に固着される。
ここで、像担持体１００ａ，１００ｂは、加熱された中間造形物Ｓに材料画像を介して接触するため、中間造形物Ｓの熱が伝わり、昇温してしまうことが懸念される。このため、像担持体１００ａ，１００ｂを冷却するための冷却装置１０６ａ，１０６ｂが設置されていることが望ましい。冷却装置１０６は、像担持体１００が材料画像を介して中間造形物Ｓと接触する積層位置よりも像担持体１００の回転方向下流で、クリーニング装置１０５よりも上流に配置されるものであるとよい。また、像担持体１００を１つのみの構成としてもよく、１つの像担持体１００上で材料画像を形成後、材料画像を転写して中間造形物Ｓ上に材料層を形成するように構成してもよい。

＜第８実施形態＞
以下に、第８実施形態について説明する。
図９Ａ〜９Ｄは、本実施形態に係る造形装置を模式的に示す図である。
図９Ａは、造形装置の全体構成を示している。図９Ａに示すように、本実施形態の造形装置は、画像形成部１０、第４中間担持体４０、転写補助部材４１、第３ヒータ４６、ステージ２３を備えている。図９Ｂ〜９Ｄは、第４中間担持体４０、転写補助部材４１、第３ヒータ４６、ステージ２３の位置関係について説明するための図である。以下に、本実施形態特有の構成について詳しく説明する。

（第４中間担持体）
第４中間担持体４０には、各画像形成部１０で形成された材料画像がそれぞれ転写され材料層Ｍが形成される。すなわち、上流側の画像形成部１０ａから造形材料Ｍａの材料画像が転写された後、下流側の画像形成部１０ｂから造形材料Ｍｂの材料画像が転写されることで、第４中間担持体４０上に１層の材料層Ｍが形成される。
第４中間担持体４０は、例えば樹脂、ポリイミドなどの材料からなる無端状のベルト部材であり、図９Ａに示すように、複数のローラ４２，４３，４４に張架されている。なお、ローラ４２，４３，４４の他にテンションローラを設け、第４中間担持体４０のテンションを調整できるように構成してもよい。ローラ４２，４３，４４のうち少なくとも一つは駆動ローラであり、材料層の形成時には不図示のモータの駆動力によって第４中間担持体４０を図中反時計周りに回転させる。

（転写補助部材）
転写補助部材４１は、ＳＵＳやアルミなどの金属からなる平板で構成され、図９Ａ，９Ｂに示すように、第４中間担持体４０を挟んでステージ２３に対向するように設置されている。
第４中間担持体４０によって中間造形物Ｓに対向する積層位置Ｎまで搬送された材料層Ｍは、転写補助部材４１と中間造形物Ｓとの間で挟み込まれることで、中間造形物Ｓ上に転写され積層される。材料層Ｍが転写される際、第４中間担持体４０、及びローラ４２，４３，４４は停止している。なお、転写補助部材４１にヒータが内蔵されていてもよく、ヒータの温度は材料層Ｍの軟化温度以下に設定されている。転写補助部材４１における第４中間担持体４０側の表面には、ウレタン、シリコーンなどの弾性部材が貼り付けられていることが望ましく、これにより、材料層Ｍと第４中間担持体４０とが接触しやすくなる。

（ヒータ）
第３ヒータ４６は、中間造形物Ｓ及び中間造形物Ｓの上に転写され積層された材料層Ｍの温度を制御する温度制御手段である。第３ヒータ４６は、図９Ｄに示す、第４中間担持体４０とステージ２３に挟まれた位置である第１位置と、図９Ｂ，９Ｃに示す、第１位置から離間した第２位置との間を移動可能に設置されている。図９Ｄでは、第１位置に位置する第３ヒータ４６を４６ａで示し、図９Ｂ，９Ｃでは、第２位置に位置する第３ヒータ４６を４６ｂで示している。また、本実施形態では、第３ヒータ４６は、積層位置Ｎにおける第４中間担持体４０のベルト面において第４中間担持体４０の搬送方向に直交する方向に移動可能に構成されている。

材料層Ｍの積層が行われる際には、図９Ｄに示す第１位置に位置させた第３ヒータ４６で中間造形物Ｓを加熱し、その後、材料層Ｍが積層位置Ｎに到達するまでに、第３ヒータ４６を図９Ｂ，９Ｃに示す第２位置に移動させておく。そして、材料層Ｍが中間造形物Ｓに転写されると、第３ヒータ４６を図９Ｄに示す第１位置に再び位置させる。そして、材料層Ｍを中間造形物Ｓに転写した後に、材料層Ｍが転写された中間造形物Ｓと第３ヒータ４６を近づけることで、中間造形物Ｓのうち転写された材料層Ｍの部分を溶融し、中間造形物Ｓに固着させる。第３ヒータ４６としては、例えば、セラミックヒータ、ハロゲンヒータを用いることができる。第３ヒータ４６の温度は、材料層Ｍが溶融する温度以上に設定されていることが望ましく、第３ヒータ４６と中間造形物Ｓの距離を調整することで、中間造形物Ｓの積層面Ｓａの温度を制御することができる。

（ステージ）
本実施形態では、ステージ２３は、不図示のアクチュエータ等の駆動手段によって、材料層Ｍの積層方向（積層位置Ｎにおける第４中間担持体４０のベルト面に垂直な方向）にのみ移動可能に構成されている。
ステージ２３は、材料層Ｍが積層される前の状態では、下方（積層位置Ｎから離れる方向）に下げられており、材料層Ｍが積層される際に、上方に移動される。このときのステージ２３の位置は、ステージ２３と第３ヒータ４６の間の距離が、中間造形物Ｓの積層面Ｓａの温度に基づいて調整されることで設定される。そして、ステージ２３上の中間造形物Ｓの積層面Ｓａの温度が、中間造形物Ｓの軟化温度以上になるまで第３ヒータ４６による加熱が行われる。材料層Ｍが積層位置Ｎに搬送されると、ステージ２３が上昇し、材料層Ｍがステージ２３と転写補助部材４１とで挟み込まれることで、材料層Ｍが中間造形物Ｓに転写される。材料層Ｍが中間造形物Ｓに転写されると、ステージ２３が下方に移動し、その後、第３ヒータ４６が図９Ｄに示す第１位置に移動することで、第３ヒータ４６によって材料層Ｍが溶融され中間造形物Ｓに固着される。

以上説明した各実施形態は、本発明の実施形態の例示を旨とするものであり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、可能な限り組み合わせたり、種々の変更を加えたりすることが可能である。

１…造形装置、２０…第２中間担持体、２２…ヒータ、２３…ステージ、Ｍａ，Ｍｂ…造形材料、Ｓ…中間造形物

Claims (19)

1. 担持体に担持された熱可塑性の造形材料を、ステージ上で積層することによって３次元の立体物を作製する造形装置において、
   前記ステージ上の立体物の積層面を加熱する加熱手段と、
   前記ステージ上の立体物の積層面に、前記担持体に担持された前記造形材料を積層する積層手段と、
   前記加熱手段および前記積層手段を制御する制御手段と、
   を有しており、
   前記制御手段が、前記加熱手段により前記積層面を前記造形材料の軟化温度以上に加熱し、前記積層面に前記軟化温度よりも低い温度の前記造形材料を積層するよう制御する
   ことを特徴とする造形装置。
2. 前記軟化温度は、前記造形材料の集合体を直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円柱状に加圧成形した成形体のせん断方向の貯蔵弾性率および損失弾性率の温度依存性を、角周波数を１Ｈｚとした回転式レオメーターによって２℃／分の割合で昇温させて測定したときに、前記貯蔵弾性率が１０ＭＰａとなる温度である
   ことを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
3. 前記加熱手段は、前記ステージ上の立体物を加熱するために、前記ステージ上の立体物の周辺の雰囲気温度を目標温度に保持する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の造形装置。
4. 前記ステージ、及び／又は、前記加熱手段は、前記積層手段による積層が行われる際の位置と、前記ステージ上の立体物が前記加熱手段により加熱される際の位置との間を移動可能に配設されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の造形装置。
5. 前記ステージ上の立体物の積層面に前記造形材料が積層された後、前記造形材料が積層された前記ステージ上の立体物を加圧する機能、及び／又は、積層された前記造形材料を加熱する機能を有する部材をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の造形装置。
6. 前記造形材料が積層される前記ステージの表面には、溶媒に可溶な材料で形成された層、又は、温度変化に対応して粘着と非粘着が変化する感温性粘着剤が予め設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の造形装置。
7. 前記溶媒に可溶な材料は熱可塑性材料であり、
   前記熱可塑性材料の層に直に前記造形材料が積層される際には、前記制御手段が、前記加熱手段により前記熱可塑性材料の層を前記熱可塑性材料の軟化温度以上に加熱する
   ことを特徴とする請求項６に記載の造形装置。
8. 立体モデルのスライスデータに基づき前記造形材料からなる材料層を形成する材料層形成手段を有し、
   前記担持体は、前記材料層形成手段により形成された前記材料層を、前記積層手段による積層が行われる位置である積層位置まで搬送する搬送体である
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の造形装置。
9. 前記担持体に担持され前記積層位置に向かって搬送される前記材料層の温度が前記軟化温度に近づくように、当該材料層を加熱する予備加熱手段を有する
   ことを特徴とする請求項８に記載の造形装置。
10. 前記担持体による前記材料層の搬送方向において、前記積層位置よりも下流に配置され、前記担持体のうち前記材料層を担持する担持面をクリーニングするクリーニング手段を有する
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の造形装置。
11. 前記担持体による前記材料層の搬送方向において、前記積層位置よりも下流に配置され、前記担持体を冷却する冷却手段を有する
    ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の造形装置。
12. 前記担持体は、前記材料層を電気的に担持し、
    前記担持体に電圧を印加する電圧印加手段を有し、
    前記積層手段は、前記担持体上の前記材料層を前記ステージ上の立体物の前記積層面に積層する際に、前記電圧印加手段により前記担持体に電圧を印加させる
    ことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の造形装置。
13. 前記担持体は、樹脂又は金属からなるベルト部材である
    ことを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の造形装置。
14. 前記担持体を張架する複数のローラを有し、
    前記担持体が、前記材料層形成手段から前記材料層が前記担持体に転写される転写位置、又は、前記転写位置に対して前記材料層形成手段から離れた位置に位置するように、前記複数のローラのうち少なくとも１つが移動可能に配設されている
    ことを特徴とする請求項１３に記載の造形装置。
15. 前記担持体は、樹脂又は金属からなる筒状部材である
    ことを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の造形装置。
16. 立体モデルのスライスデータに基づき前記造形材料からなる像を形成する像形成部を有し、
    前記担持体は、前記像形成部において、前記造形材料の像が形成される部材である
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の造形装置。
17. 前記像形成部が複数設けられ、
    １層分のスライスデータに基づいて各像形成部でそれぞれ形成された前記造形材料の像が順に前記ステージ上の立体物の前記積層面に積層される
    ことを特徴とする請求項１６に記載の造形装置。
18. 前記担持体に担持された前記造形材料の像が、前記ステージ上の立体物の前記積層面に積層された後、前記担持体のうち前記造形材料の像が担持されていた領域を冷却する冷却手段を有する
    ことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の造形装置。
19. 担持体に担持された熱可塑性の造形材料を、ステージ上に積層することによって３次元の立体物を作製する造形装置による造形方法であって、
    前記ステージ上の立体物の積層面を加熱する加熱工程と、
    前記加熱工程により前記造形材料の軟化温度以上に加熱された前記ステージ上の立体物の前記積層面に、前記担持体に担持された、温度が前記軟化温度よりも低い前記造形材料を積層する積層工程と、
    を含むことを特徴とする造形方法。

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