WO2017188152A1 - 造形装置、および、立体物の製造方法 - Google Patents

Abstract

搬送部材上の材料層を加熱して積層する積層造形法において、積層不良の発生を抑制する。複数の材料層を順次積層して立体物を造形する造形装置１は、前記材料層が積層される造形面を有するステージと、前記造形面と対向する積層位置まで、前記材料層を支持して搬送する搬送部材と、前記積層位置において、前記ステージの前記造形面との間で前記材料層を挟み、前記材料層を加圧および加熱するための加熱部材と、を有し、前記搬送部材が前記材料層を支持する支持面が存在する平面上に前記加熱部材の加熱領域を垂直に投影したときに、前記加熱領域の投影面が、前記支持面の両端よりも外側に延びて存在する延在領域を前記加熱領域の投影面の両端に有する。

Description

造形装置、および、立体物の製造方法

　本発明は、造形装置、および、立体物の製造方法に関する。

多数の層を積み上げることで立体物を形成する、積層造形法が注目を集めている。積層造形法は、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）、３次元プリント、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）等とも呼ばれる。

　積層造形法によって立体物を形成する造形装置として、特許文献1には、材料層を形成し、形成した材料層を積層するタイプの造形装置が提案されている。特許文献1に記載の造形装置では、電子写真方式によって搬送部材であるベルト上に材料層を形成する。その後、材料層はベルトによって積層位置まで搬送され、ステージ上またはステージ上に形成されている造形途中の立体物上に積層される。この動作を繰り返すことにより、所望の立体物が形成される。

　特許文献1では、材料層が積層位置まで搬送されると、造形装置は、ベルト上の材料層とステージまたはステージ上に形成されている造形途中の立体物とが接触するように、ベルトまたはステージを駆動する。そして、この状態でベルトを介して材料層を加熱することで、材料層と造形途中の立体物とに熱および圧力を印加し、材料層を積層する。

特開平８－５１１２１７号公報

　特許文献1に記載の造形装置では、ベルト上の材料層を加熱する加熱部の幅とベルトの幅について明確に記載されていないが、図面では、加熱部の幅はベルトの幅と同等かそれ以下であるように描かれている。加熱部の幅がベルトの幅と同等かそれ以下である場合、ベルトが均一に加熱されず、ベルトの被加熱面内に温度ムラが生じる可能性がある。

　このようにベルトの被加熱面内に温度ムラが生じると、ベルトに歪みが生じ、積層不良が発生する可能性があるという課題があった。

　そこで本発明は上述の課題に鑑み、搬送部材上の材料層を加熱して積層する積層造形法において、積層不良の発生を抑制することを目的とする。

　　本発明の一側面としての造形装置は、複数の材料層を順次積層して立体物を造形する造形装置であって、前記材料層が順次積層される造形面を有するステージと、前記造形面と対向する積層位置まで、前記材料層を支持して搬送する搬送部材と、前記材料層を加熱するための加熱部材と、前記ステージの前記造形面と、前記加熱部材と、で前記材料層を挟んで加圧するための加圧手段と、を有し、前記積層位置において、前記搬送部材が前記材料層を支持する支持面が存在する平面上に前記加熱部材の加熱領域を垂直に投影したときに、前記加熱領域の投影面が、前記支持面の両端よりも外側に延びて存在する延在領域を前記加熱領域の投影面の両端に有することを特徴とする。

　本発明によれば、搬送部材上の材料層を加熱して積層する積層造形法において、積層不良の発生を抑制し、安定した造形を行うことができる。

第１の実施形態に係る造形装置の構成を模式的に示す図である。 材料層形成ユニットの変形例を模式的に示す図である。 粒子像形成部および現像装置の構成を模式的に示す図である。 第１の実施形態に係る造形装置の造形プロセスにおける動作シーケンスを示すフローチャートである。 比較形態１に係る造形装置の、積層位置における加熱部材と搬送部材の関係を模式的に示す図である。 比較形態２に係る造形装置の、積層位置における加熱部材と搬送部材の関係を模式的に示す図である。 第１の実施形態に係る造形装置の、積層位置における加熱部材と搬送部材の関係を模式的に示す図である。 第１の実施形態、比較形態１、および比較形態２における積層プロセスを模式的に示す図である。 第２の実施形態に係る造形装置の構成を模式的に示す図である。 第２の実施形態に係る造形装置の、積層位置における加熱部材と搬送部材の関係を模式的に示す図である。 第２の実施形態の変形例に係る造形装置の、積層位置における加熱部材と搬送部材の関係を模式的に示す図である。 第３の実施形態の変形例に係る造形装置の、積層位置における加熱部材および冷却部材と搬送部材の関係を模式的に示す図である。

　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。

　＜第１実施形態＞
　［造形装置の全体構成］
　図１は、第１の実施形態に係る造形装置１（以下、「装置１」と称する）の構成を模式的に示す図である。装置１は、複数の材料層を積層位置において順次積層し、立体物を造形する装置（積層造形装置）である。

　装置１は、図１に示すように、ステージ３４と、搬送部材３０と、加熱部材３３と、ステージ駆動手段３５と、を有する。装置１は、さらに、制御部（制御ユニット）Ｕ１と、材料層形成部（材料層形成ユニット）Ｕ２と、を有していてもよい。すなわち、装置１は、制御ユニットＵ１と、材料層形成ユニットＵ２と、ステージ３４と搬送部材３０と加圧部材３３とステージ駆動手段３５とを含む積層ユニットＵ３と、を有する造形装置であってもよい。

　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（断面データ）を生成する処理や、立体造形装置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、造形材料からなる層である材料層を形成するユニットである。そして、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、または装置１の外部から供給された複数層の材料層を順に積層することによって、立体物を形成するユニットである。

　これらのユニットＵ１～Ｕ３は、互いに異なる筐体を有していてもよいし、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、使用したい材料、設置スペース、故障などに応じて、ユニットの組み合わせや交換など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という利点がある。

　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。

　なお、図１のユニット構成はあくまでも一例であり、他の構成を採用しても構わない。

　［制御ユニット］
　制御ユニットＵ１の構成を説明する。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などを有する。

　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である。３次元形状データとして、３次元ＣＡＤ、３次元モデラー、３次元スキャナなどで作成・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で像形成に用いる画像データを生成する機能である。

　本明細書ではこの画像データを、スライス画像データ、または単にスライスデータと呼ぶ。

　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スライスデータを解析して、オーバーハング部（宙に浮く部分）の有無を判断し、必要に応じてスライスデータにサポート材料用の像を追加する。

　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である。各ユニットでの具体的な制御内容については後述する。

　［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、造形材料からなる層である材料層を形成するユニットである。

　本発明に係る造形装置の有する材料層形成ユニットＵ２が材料層を形成する方式は特に限定はされないが、ここでは、電子写真プロセスを利用して材料層を形成する例を示す。

　なお、電子写真プロセスとは、感光体を帯電し、露光によって潜像を形成し、現像剤粒子を付着させて現像剤からなる像を形成するという一連のプロセスによって、所望の像を形成する手法である。

　図１に示すように、本実施形態に係る材料層形成ユニットＵ２は、第１の粒子像形成部１０ａ、第２の粒子像形成部１０ｂ、中間担持搬送ベルト１１、ベルトクリーニング装置１２、材料層検知センサー１３を備えている。

　第１の粒子像形成部１０ａは、第１の造形材料Ｍａを用いて粒子像を形成するための粒子像形成手段であり、像担持体１００ａ、帯電装置１０１ａ、露光装置１０２ａ、現像装置１０３ａ、転写装置１０４ａ、クリーニング装置１０５ａを有する。

　また、第２の粒子像形成部１０ｂは、第２の造形材料Ｍｂを用いて粒子像を形成するための粒子像形成手段であり、像担持体１００ｂ、帯電装置１０１ｂ、露光装置１０２ｂ、現像装置１０３ｂ、転写装置１０４ｂ、クリーニング装置１０５ｂを有する。

　本実施形態では、第１の造形材料Ｍａとして、熱可塑性の樹脂などからなる構造材料を用い、第２の造形材料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、本実施形態では第１の造形材料Ｍａとして、粉末状の構造材料である構造材粉末を用い、第２の造形材料Ｍｂとして、粉末状のサポート材料であるサポート材粉末を用いる。各造形材粉末（粉末状の造形材料）に含まれる粒子の直径は、特に限定されるものではないが、５μｍ以上５０μｍ以下が好ましく、本実施形態では約２０μｍのものを用いる。

　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）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＡ（ナイロン／ポリアミド）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、エラストマーなどの、汎用プラスチックやエンジニアリングプラスチックなどの一般的なプラスチック材料などを用いることができる。

　また、構造材料として、金属、無機物質等を用いてもよい。

　サポート材料としては、構造材料が溶解しない溶媒に可溶な材料が好ましく、例えば、水溶性有機材料や水溶性無機材料を含む材料を用いることができる。水溶性有機材料としては、具体的には、水溶性の単糖やオリゴ糖、多糖、食物繊維などの水溶性糖類、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）などを用いることができる。

　これらの粒子像形成部１０ａ、１０ｂは第１の第１の搬送部材（ベルト）１１の表面に沿って配置されている。

　なお、図１では、構造材料の粒子像形成部１０ａを搬送方向上流側に配置したが、粒子像形成部の配置順は任意である。

　また、粒子像形成部の数は２つより多くてもよく、用いる造形材料の種類に応じて適宜増やすことができる。

　例えば、図２は、４つの粒子像形成部１０ａ～１０ｄを配置した例であるが、この場合は、４種類の構造材料で像形成を行うか、３種類の構造材料およびサポート材料で像形成を行う構成などを採ることができる。材質、色、固さ、物性などの異なる複数種類の材料を組み合わせることで、生成する立体物のバリエーションが豊富になる。このような拡張性に優れる点も、電子写真プロセスを利用した造形装置の利点の一つといえる。

　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、粒子像形成部１０ａ～１０ｄに共通する説明の中では、構成部材の参照符号の添え字ａ～ｄを省略し、粒子像形成部１０、像担持体１００などと記載する。

　（像担持体）
　図３（ａ）は、粒子像形成部１０の構成を示す図であり、図３（ｂ）は、現像装置１０３の詳細構成を示す図である。

　像担持体１００は、静電潜像を担持するための部材である。ここでは、アルミニウムなどの金属製シリンダー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、像形成時には不図示のモーターによって図中の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。本実施形態ではコロナ放電による非接触帯電方式を用いるが、帯電ローラーを像担持体１００の表面に接触させるローラー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の表面上に静電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からなる走査機構と、結像レンズなど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、現像剤（ここでは、構造材粉末またはサポート材粉末）を像担持体１００に供給することで、静電潜像を可視化する現像手段である（本明細書では、現像剤によって可視化された像を粒子像と称す。）。

　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。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からである。

　あるいは、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の摩耗や劣化が生じて交換が必要となる場合には、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。

　（転写装置）
　転写装置１０４は、像担持体１００上の粒子像を第１の搬送部材１１の表面上へと転写させる転写手段である。転写装置１０４は、第１の搬送部材１１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上の粒子像と逆極性の電圧を印加することで、静電的に粒子像を第１の搬送部材１１側へと転写させる。像担持体１００から第１の搬送部材１１への転写を１次転写とも称す。

　なお、本実施形態ではコロナ放電を利用した転写方式を用いるが、ローラー転写方式や、静電転写方式以外の転写方式を用いても構わない。

　（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上に残った現像剤粒子を回収し、像担持体１００の表面を清浄する手段である。

　本実施形態では、像担持体１００に対しカウンター方向に当接させたクリーニングブレードによって現像剤粒子を掻き落とすブレード方式のクリーニング装置１０５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。

　（第１の搬送部材）
　第１の搬送部材（（以下、第１の搬送ベルトと称する）１１は、各粒子像形成部１０で形成された粒子像が転写される担持体である。上流側の粒子像形成部１０ａから構造材料の粒子像が転写された後、それと位置を合せて、下流側の粒子像形成部１０ｂからサポート材料の粒子像が転写されることで、第１の搬送ベルト１１の表面上に１枚の材料層が形成される。

　第１の搬送ベルト１１は、表面に樹脂、ポリイミドなどの誘電体層を有する無端ベルトであり、図１に示すように、複数のローラー１１０、１１１に張架されている。

　なお、第１の搬送ベルト１１は、導電性の基体の表面に、誘電体材料からなるコーティングが施されたベルトであってもよい。

　また、ローラー１１０、１１１の他にテンションローラーを設け、第１の搬送ベルト１１のテンションを調整できるようにしてもよい。ローラー１１０、１１１のうち少なくとも一方は駆動ローラーであり、像形成時には不図示のモーターの駆動力によって第１の搬送ベルト１１を図中反時計周りに回転させる。

　また、ローラー１１０は、積層ユニットＵ３の２次転写ローラー３１との間で２次転写部を形成するローラーである。

　（ベルトクリーニング装置）
　ベルトクリーニング装置１２は、第１の搬送ベルト１１の表面に付着した材料をクリーニングする手段である。

　本実施形態では、第１の搬送ベルト１１に対しカウンター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。

　（材料層検知センサー）
　材料層検知センサー１３は、第１の搬送ベルト１１の表面に担持された材料層を読み取る検知手段である。

　材料層検知センサー１３の検知結果は、材料層の位置合わせ、後段の積層ユニットＵ３とのタイミング制御、材料層の異常検知（所望の形状でない、材料層が無い、厚みのばらつきが大きい、材料層の位置ずれが大きいなど）などに利用される。

　［積層ユニット］
　次に、積層ユニットＵ３の構成を説明する。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第１の搬送ベルト１１から受け取り、これを順に積層することによって、立体物を形成するユニットである。

　または、積層ユニットＵ３は、装置１の外部から材料層を受け取り、これを順に積層することによって、立体物を形成してもよい。

　図１に示すように、積層ユニットＵ３は、第２の搬送部材（搬送ベルト）３０、２次転写ローラー３１、材料層検知センサー３２、温度調整部３３、ステージ３４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の搬送部材（搬送ベルト）)
　第２の搬送部材３０は、材料層形成ユニットＵ２で形成された材料層、または装置１の外部から供給された材料層を受け取り、その材料層をステージ３４の造形面と対向する積層位置まで支持して搬送する。

　なお、積層位置とは、材料層の積層（ステージ３４の上面またはステージ３４上に形成されている造形途中の立体物３７の上面への積み上げ）が行われる位置である。積層位置は、図１の構成では、ベルト３０が温度調整部３３とステージ３４とで挟まれる部分となる。

　第２の搬送部材３０の形状は特に限定はされず、受け取った材料層を第２の搬送部材３０の表面に支持して第２の搬送部材３０が移動または回転することによって材料層を搬送できる形状であればよい。

　第２の搬送部材３０の形状としては、無端ベルト状、複数の板状部材が連結された無限軌道（クローラ）状であってもよいし、あるいは、移動可能に構成された板状部材であってもよい。

　以下、本実施形態では、第２の搬送部材３０が無端ベルト状の部材であるものとして説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

　本実施形態において、第２の搬送部材３０（以下、単に「ベルト３０」と称する）は、樹脂、ポリイミド、金属などの材料からなる無端ベルトであり、図１に示すように、２次転写ローラー３１、及び、複数のローラー３０１、３０２、３０３、３０４に張架されている。

　なお、ベルト３０は、基体の表面に基体を構成する材料とは別の材料からなるコーティングが施されたベルトであってもよい。ローラー３１、３０１、３０２のうち少なくともいずれかが駆動ローラーであり、不図示のモーターの駆動力によってベルト３０を図中時計周りに回転させる。すなわち、ベルト３０は、回転可能な無端ベルトである。ローラー３０３、３０４は、ベルト３０のテンションの調整と、積層位置を通過するベルト３０（すなわち、積層位置に搬送された材料層）を平らに保つ役割を担うローラー対である。

　ベルト３０は上述の通り、材料層を受け取り、受け取った材料層をベルト３０の表面で支持する。

　ここで、積層位置においてベルト３０が材料層を支持する面を支持面Ｓと称する。

　支持面Ｓは有限の領域を有する平面であり、当該領域のサイズおよび形状は、ベルト３０のステージ３４と略平行な平面状の領域のサイズおよび形状となる。本実施形態においては、ベルト３０のうち、ローラー３０３と接触する部分からローラー３０４と接触する部分までがステージ３４と平行となるから、この部分が支持面Ｓとなる。

　また、実際には積層位置において材料層を支持できる領域は支持面Ｓのうちの一部の領域となる。この領域を最大造形領域Ａと称する。最大造形領域Ａは、ステージ３４の大きさなどによって決まり、典型的には矩形上の領域である。

　（２次転写ローラー）
　２次転写ローラー３１は、材料層形成ユニットＵ２の第１の搬送ベルト１１から、積層ユニットＵ３のベルト３０へと、材料層を転写させるための転写手段である。

　なお、２次転写ローラー３１は、装置１の外部から、積層ユニットＵ３のベルト３０へと、材料層を転写させてもよい。２次転写ローラー３１は、材料層形成ユニットＵ２の対向ローラー１１０との間で中間担持搬送ベルト１１及びベルト３０を挟み込むことで、両者のベルト間に２次転写ニップを形成する。そして、不図示の電源により２次転写ローラー３１に材料層とは逆極性のバイアスを印加することで、材料層をベルト３０側へと転写させる。

　なお、材料層形成ユニットＵ２から積層ユニットＵ３への材料層の受け渡しの方法は特に限定はされず、上述の静電転写以外の方法であってもよい。

　（材料層検知センサー）
　材料層検知センサー３２は、ベルト３０の表面に担持された材料層を読み取る検知手段である。材料層検知センサー３２の検知結果は、材料層の位置合わせ、積層位置への搬送タイミング制御などに利用される。

　（温度調整部）
　温度調整部３３は、ベルト３０に支持された材料層の温度を調整する部分であり、温度調整部３３は加熱部材３３１を有する（図７参照）。加熱部材３３１は、ベルト３０に支持された材料層を加熱する。

　本実施形態において加熱部材３３１は、材料層が積層位置に搬送された後に、材料層の加熱を行う。具体的には後述するが、材料層が積層位置まで搬送されると、装置１は、ステージ駆動手段３５によってステージ３４を駆動し、ステージ３４と加熱部材３３１との間に挟まれた部材を加圧する。ベルト３０の内周面と加熱部材３３１、ベルト３０の外周面上の材料層とステージ３４の上面またはステージ３４上の造形途中の立体物３７の上面とがそれぞれ接触し、材料層は加熱部材３３１によって加圧され、加熱される。これにより、材料層に熱と圧とが加えられ、材料層はステージ３４の上面またはステージ３４上に形成されている造形途中の立体物３７の上面に融着される。

　その後、温度調整部３３が材料層の加熱を停止し、放熱または積極的に冷却することによって材料層の温度を低下させると、材料層が固化する。この結果、材料層をステージ３４の上面またはステージ３４上に形成されている造形途中の立体物３７の上面に固着させることができる。

　なお、温度調整部３３は加熱部材３３１のほかに、材料層を積極的に冷却する冷却部材３３２を有していてもよい（図12参照）。

　温度調整部３３が有する加熱部材３３１は、接触することで接触面内を略均一に加熱することができる加熱手段であれば特に限定はされない。

　加熱部材３３１としては、例えば、熱伝導率の高い平板状の部材と、当該平板状の部材を加熱するヒータと、を組み合わせたものを用いることができる。

　このとき、平板状の部材を加熱するヒータとしては、一般的な工業用のヒータを用いることができ、例えば、シーズヒータ、セラミックヒータ、ハロゲンヒータなどの赤外線ヒータ、などを用いることができる。

　また、加熱部材３３１としては、熱伝導率の高い材料で形成されたローラーと、当該ローラーを加熱するヒータと、を組み合わせた熱ローラーを用いることもできる。

　このとき、ヒータは例えばローラーの内部に配置して、内部からローラーを加熱してもよい。あるいは、熱伝導率の高い材料で形成されたベルトと、当該ベルトを加熱するヒータと、を組み合わせた熱ベルトを用いることもできる。

　また、温度調整部３３に設ける冷却部材３３２は、接触することで接触面内を略均一に冷却することができる冷却手段であれば特に限定はされない。

　冷却部材３３２としては、例えば、熱伝導率の高い平板状の部材と、当該平板状の部材を冷却する冷却装置と、を組み合わせたものを用いることができる。

　このとき、平板状の部材を冷却する冷却装置としては、一般的な工業用の冷却装置を用いることができ、例えば、チラーなどを用いることができる。

　また、冷却部材３３２としては、熱伝導率の高い材料で形成されたローラーと、当該ローラーを冷却する冷却装置と、を組み合わせた冷却ローラーを用いることもできる。

　このとき、冷却装置は例えばローラーの内部に配置して、内部からローラーを冷却してもよい。あるいは、熱伝導率の高い材料で形成されたベルトと、当該ベルトを冷却する冷却装置と、を組み合わせた冷却ベルトを用いることもできる。

　上述のとおり、温度調整部３３は、ベルト３０を挟んでステージ３４と対向する位置に配置されている。温度調整部３３の有する加熱部材３３１の下面（ベルト３０と対向する面）は平面となっている。加熱部材３３１は、不図示の駆動手段によってベルト３０と当接・離間することができる。加熱部材３３１は、ベルト３０が回転しているときには離間し、材料層が積層位置まで搬送され、ベルト３０の回転が停止したときにはベルト３０と当接するとよい。これにより、ベルト３０の摩耗を防ぐとともに、スムーズな熱の受け渡しが可能になる。

　（ステージ）
　ステージ３４は、複数層の材料層が順次積層され、立体物が形成される造形面を有する平面台である。

　本実施形態では、ステージ３４の造形面とベルト３０の支持面Ｓとは平行である。

　ステージ３４は、アクチュエータ（ステージ駆動手段３５）によって上下方向（造形面に垂直な方向）に移動可能である。装置１は、積層位置まで支持搬送された材料層を温度調整部３３とステージ３４との間で挟み込み、加圧および加熱（必要に応じて放熱ないし冷却）を行うことで、ベルト３０側からステージ３４側へと材料層を転写させる。１層目の材料層はステージ３４の造形面上に直接転写され、２層目以降の材料層はステージ３４上に形成されている造形途中の立体物３７の上に積み上げられていく。

　なお、ステージ３４の上に造形プレートなど別の平板状部材を配置しておき、この上に立体物を形成してもよい。本明細書ではこのような場合には、ステージ３４と造形プレートを併せて「ステージ」とみなす。

　このように、本実施形態では、温度調整部３３とステージ３４によって、材料層を積層する積層手段が構成される。

　［造形装置の動作］
　次に、上記構成を有する造形装置の動作について説明する。

　ここでは既に制御ユニットＵ１によるスライスデータの生成処理は完了しているものとして、各層の材料層を形成するプロセスと、材料層を積層するプロセスを順に説明する。

　図４は、本実施形態の造形装置の動作シーケンスを示すフローチャートである。

　（材料層形成プロセス）
　まず、制御ユニットＵ１は、各粒子像形成部１０の像担持体１００、第１の搬送ベルト１１、及び、ベルト３０が同じ外周速度（プロセス速度）で同期して回転するよう、モーター等の駆動源を制御する。

　回転速度が安定した後、最上流の粒子像形成部１０ａの粒子像形成を開始する（Ｓ５０１）。すなわち、制御ユニットＵ１は、帯電装置１０１ａを制御し、像担持体１００ａの表面全域を所定の極性でかつ所定の帯電電位でほぼ均一に帯電させる。

　続いて制御ユニットＵ１は、帯電した像担持体１００ａの表面を露光装置１０２ａによって露光する。

　ここでは、露光によって電荷を除去することにより、露光部と非露光部との間に電位差を形成する。この電位差による像が静電潜像である。

　一方、制御ユニットＵ１は、現像装置１０３ａを駆動して、像担持体１００ａ上の潜像に構造材料の粒子を付着させ、構造材料の粒子像を形成する。この粒子像は、転写装置１０４ａによって第１の搬送ベルト１１上へと１次転写される。

　また、制御ユニットＵ１は、粒子像形成部１０ａでの粒子像形成開始から所定の時間差で下流側の粒子像形成部１０ｂの粒子像形成を開始する（Ｓ５０２）。粒子像形成部１０ｂにおける粒子像形成も、粒子像形成部１０ａにおける粒子像形成と同様の手順で行われる。

　ここで、粒子像形成開始の時間差は、上流側の粒子像形成部１０ａにおける１次転写ニップから下流側の粒子像形成部１０ｂにおける１次転写ニップまでの距離をプロセス速度で割った値に設定される。これにより、それぞれの粒子像形成部１０ａ、１０ｂで形成された２つの粒子像が第１の搬送ベルト１１上で位置合わせして配置され、構造材料とサポート材料からなる１層分の材料層が形成される（Ｓ５０３）。（なお、オーバーハング部がなくサポート部分が必要無い断面の場合には、粒子像形成部１０ｂの粒子像形成は行われない。その場合、構造材料の粒子像のみで材料層が形成されることとなる。）。その後、材料層は第１の搬送ベルト１１によって積層ユニットＵ３へと搬送される。

　（積層プロセス）
　上記のように材料層の形成動作が行われている間、積層ユニットＵ３のベルト３０は第１の搬送ベルト１１に接触した状態で、同じ外周速度（プロセス速度）で同期回転している。そして、第１の搬送ベルト１１上の材料層の前端が２次転写ニップに到達するタイミングに合わせて、制御ユニットＵ１が２次転写ローラー３１に所定の転写バイアスを印加し、材料層をベルト３０（第２の搬送ベルト）へ転写させる（Ｓ５０６）。

　ベルト３０は同じプロセス速度のまま回転を続け、材料層を図１の矢印方向に搬送する。そして、材料層検知センサー３２によってベルト上の材料層の位置が検知されると、制御ユニットＵ１はその検知結果を基に材料層を所定の積層位置まで搬送する（Ｓ５０８）。材料層が積層位置に到達するタイミングで制御ユニットＵ１はベルト３０を停止し、材料層を積層位置に位置決めする（Ｓ５０９）。その後、制御ユニットＵ１はステージ３４を上昇させ（ベルト面に近づけ）、ステージ３４の上面（１層目の場合）またはステージ３４上に形成されている造形途中の立体物３７の上面（２層目以降の場合）をベルト３０上の材料層に接触させる。そして、ステージ３４と温度調整部３３の加熱部材３３１との間で挟み込むことで、立体物と材料層を加圧する（Ｓ５１０）。

　この状態のまま、制御ユニットＵ１は、所定の温度制御シーケンスにしたがって、温度調整部３３の温度を調整する。具体的には、最初に、第１の目標温度まで温度調整部３３を加熱する第１のモードを所定時間行って、材料層の粒子材料を熱溶融させる（Ｓ５１１）。すなわち、第１のモードにおいては、加熱部材３３１による材料層の加熱を行う。これにより材料層が軟化し、シート状の材料層とステージ３４の上面またはステージ３４上に形成されている造形途中の立体物３７の上面とが密着する。その後、第１のモードにおける目標温度である第１の目標温度よりも低い、第２の目標温度に温度調整部３３の温度を調整する第２のモードを所定時間行い、軟化した材料層を固化する（Ｓ５１２）。

　ここで、温度制御シーケンス、目標温度、加熱時間などは、材料層形成に用いられる構造材料及びサポート材料の特性に応じて設定される。例えば、第１のモードにおける第１の目標温度は、材料層形成に用いられる各材料の融点もしくはガラス転移点のうち最も高い温度よりも高い値に設定される。

　一方、第２のモードにおける第２の目標温度は、材料層形成に用いられる各材料の結晶化温度もしくは非晶質材のガラス転移点のうち最も低い温度よりも低い値に設定される。このような温度制御を行うことにより、異なる熱溶融特性をもつ複数種類の粒子材料が混在した材料層の全体を共通の溶融温度領域で熱可塑化（軟化）させた後、共通の固化温度領域で材料層全体を固化させることができる。したがって、複数種類の粒子材料が混在した材料層の溶融・固着を安定して行うことが可能になる。

　なお、第１のモード及び第２のモードにおいては、温度の制御域が広すぎると、温度制御を安定化させるのに時間がかかり、積層プロセス時間が必要以上にかかってしまう。それゆえ、第１の目標温度の制御域は、材料層形成に用いられる各材料の融点もしくはガラス転移点のうち最も高い温度を下限温度とし、上限温度は下限温度の＋５０℃程度に設定するとよい。

　同じように、第２の目標温度の制御域は、材料層形成に用いられる各材料の結晶化温度もしくは非晶質材のガラス転移点のうち最も低い温度を上限温度とし、下限温度は上限温度の－５０℃程度に設定するとよい。

　例えば、構造材料としてＡＢＳ（ガラス転移点：１３０℃）を主成分とする材料を用い、サポート材料としてマルトテトラオース（ガラス転移点：１５６℃）を主成分とする材料を用いた場合は以下のように設定するとよい。すなわち、第１の目標温度の制御域を１５０℃以上１９０℃以下とし、第２の目標温度の制御域を９０℃以上１３０℃以下に設定するとよい。

　第２のモード終了後、制御ユニットＵ１はステージ３４を下降させる（Ｓ５１３）。

　なお、上述の第２のモードにおいて加熱部材３３１をベルト３０から離間させることによって材料層を放熱または冷却する場合には、本ステップは省略してもよい。

　材料層全体がベルト３０の表面から剥がれて材料層の積層が完了したら、次層の材料層形成プロセスの実行が開始される（Ｓ５０１～）。

　以上述べた材料層形成プロセスと積層プロセスを必要回数繰り返すことで、ステージ３４上に所望の立体物が形成される。

　なお、ここでは積層プロセスと材料層形成プロセスを交互に行う場合について説明したが、積層プロセスを行っている間に、次に積層する材料層を形成する材料層形成プロセスを並行して行うことで、造形のスループットを向上させることができる。

　最後に、ステージ３４から立体物を取り外し、サポート材料で形成した部分（サポート部）を除去することで、最終造形物（物品）を製造することができる。

　ここで、サポート材料として水溶性の材料を用いた場合には、ステージ３４から取り外した立体物を水などの水を含む液体と接触させることで、サポート部を除去することができる。

　なお、サポート部を除去した後、更に、所定の処理（例えば、クリーニング、組立等）を立体物に対して行うことで、最終造形物（物品）を製造してもよい。

　［加熱部材と搬送部材との関係］
　以下、本発明の特徴である、加熱部材３３１とベルト３０（搬送部材）との関係について、図面を参照しながら詳細に説明する。

　まず、従来の造形装置における加熱部材と搬送部材の関係（比較形態）について説明する。

　（比較形態１）
　図５は、比較形態１に係る造形装置の、積層位置における加熱部材と搬送部材の関係を模式的に示す図である。図５（ａ）は斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ軸に垂直な断面図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）のＺ軸に垂直な断面図であって加熱部材と接触する搬送部材上の面を示す図である。

　比較形態１では、図５に示すとおり、加熱部材３３１の幅が、ベルト３０の幅よりも小さい。

　なお、ここでいう「幅」とは、ベルト３０のベルト搬送方向に垂直なベルト幅方向の長さを指す。

　ここで、積層位置において、加熱部材３３１の加熱領域を、搬送部材（ベルト３０）が材料層を支持する支持面Ｓの存在する平面上に垂直に投影した投影面をＴｐとする。すると、比較形態１では、支持面上（支持面Ｓ上）の任意のＸＹ平面のＸ方向またはＸ方向と直交するＹ方向の両方について、投影面Ｔｐの端部が支持面Ｓの端部よりも内側に存在する。すなわち、投影面Ｔｐは、支持面Ｓの両端よりも外側に延びて存在する延在領域を投影面Ｔｐの両端に有さない。

　図８（ａ）～（ｃ）は、比較形態１における積層プロセスを模式的に示す図で、ベルト３０の搬送方向から見た断面を表している。

　図８（ａ）の状態から、ステージ駆動部３５によってステージ３４と加熱部材３３１との間を加圧すると、図８（ｂ）の状態になる。すなわち、加熱部材３３１の幅がベルト３０の幅よりも小さい場合、幅方向について、ベルト３０の一部（典型的には両端部分）が加熱部材３３１と接触しない。すると、加熱部材３３１からの熱が十分に届かなかったり、放熱したりすることによって当該部分の温度が加熱部材３３１と接触している部分よりも低くなる。

　すなわち、加熱部材３３１の幅がベルト３０の幅よりも小さいとベルト３０のベルト面内に温度ムラが生じ、ベルト３０の支持面Ｓに歪み（例えば、ベルトの反りや波打ちなど）が発生してしまう。これに伴い、最大造形領域Ａにも歪みが発生してしまう。その結果、図８（ｂ）のように、ベルト３０に支持されている材料層３６の中に、ステージ３４上に形成されている造形途中の立体物３７の上面と接触しない部分が生じる。この状態で材料層３６を造形途中の立体物３７の上面で溶融・固着させようとすると、材料層３６の、造形途中の立体物３７の上面が接触していない部分は当該上面に固着させることができない。その後、ベルト３０とステージ３４とを引き離すと、材料層３６の、造形途中の立体物３７の上面が接触していなかった部分がベルト３０の表面に残ったままとなり、積層不良となる（図８（ｃ））。

　なお、ベルト３０の支持面Ｓの歪みを均すようにステージ駆動部３５によって圧力を高めると、立体物が潰れてしまうため好ましくない。

　（比較形態２）
　図６は、比較形態２に係る造形装置の、積層位置における加熱部材と搬送部材の関係を模式的に示す図である。図６（ａ）は斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＸ軸に垂直な断面図であり、図６（ｃ）は図６（ａ）のＺ軸に垂直な断面図であって加熱部材と接触する搬送部材上の面を示す図である。

　比較形態２では、図６に示すとおり、加熱部材３３１の幅が、ベルト３０の幅と等しい。

　ここで、積層位置において、加熱部材３３１の加熱領域を、搬送部材（ベルト３０）が材料層を支持する支持面Ｓの存在する平面上に垂直に投影した投影面をＴｐとする。すると、比較形態２では、Ｙ軸方向に沿ってみると、支持面Ｓの幅と投影面Ｔｐの幅とが一致し、Ｘ軸方向に沿ってみると、投影面Ｔｐの端部が支持面Ｓの端部よりも内側に存在する（図６（ｃ））。すなわち、すなわち、投影面Ｔｐは、支持面Ｓの両端よりも外側に延びて存在する延在領域を投影面Ｔｐの両端に有さない。

　例えば、上述のように加熱部材３３１を熱伝導率の高い平板状の部材と、当該平板状の部材を加熱するヒータと、を組み合わせたものとすると、平板状の部材の端部は、中央部分と比較して、周囲の雰囲気と接触する面積が大きい。そのため端部は中央部に比べて放熱しやすく、その結果、端部は中央部に比べて温度が低くなる。したがって、実際には加熱部材３３１の加熱領域内に温度ムラが生じてしまう。これは他の面状ヒータにおいても生じる。

　このように加熱領域内に温度ムラの存在する加熱部材３３１をベルト３０に接触させてベルト３０を加熱すると、ベルト３０のベルト面内にも温度ムラが生じてしまう。すると、比較形態１と同様に、ベルト３０の支持面Ｓに歪みが生じ、積層不良が発生してしまう。

　もし仮に、加熱部材３３１の加熱領域内に温度ムラが生じない場合であっても、加熱部材３３１の幅が、ベルト３０の幅と等しい場合には下記のように積層不良が発生してしまう可能性が高い。

　図８（ｄ）～（ｆ）は、比較形態２における積層プロセスの一例を模式的に示す図で、ベルト３０の搬送方向から見た断面を表している。

　上述のように、材料層３６は材料層形成ユニットＵ２からベルト３０上に転写され、転写された材料層３６はベルト３０に支持されて、積層位置まで搬送される。このとき実際には、材料層形成ユニットＵ２からの転写時に位置ずれが生じたり、ベルト３０が蛇行したりすることによって、ベルト３０と加熱部材３３１の相対的な位置関係がずれることがある（図８（ｄ））。

　この状態でステージ駆動部３５によってステージ３４と加熱部材３３１との間を加圧すると、図８（ｅ）の状態になる。すなわち、幅方向について、ベルト３０の一部（典型的には一方の端部）が加熱部材３３１と接触しない。すると、比較形態１と同様に、ベルト３０の支持面Ｓ内に温度ムラが生じ、ベルト３０の支持面Ｓに歪みが発生し、その結果、積層不良が発生してしまう（図８（ｆ））。

　＜第１の実施形態＞
　図７は、第１の実施形態に係る装置１の、積層位置における加熱部材と搬送部材の関係を模式的に示す図である。図７（ａ）は斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＸ軸に垂直な断面図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）のＺ軸に垂直な断面図であって加熱部材と接触する搬送部材上の面を示す図である。

　第１の実施形態では、図７に示すとおり、加熱部材３３１の幅が、ベルト３０の幅よりも大きい。

　また、加熱部材３３１の幅方向の両端部は、ベルト３０の幅方向の両端部からはみ出るように配置される。

　ここで、積層位置において、加熱部材３３１の加熱領域を、搬送部材（ベルト３０）が材料層を支持する支持面Ｓの存在する平面上に垂直に投影した投影面をＴｐとする。すると、第１の実施形態では、Ｙ軸方向に沿ってみると、投影面Ｔｐの端部が支持面Ｓの端部よりも外側に存在する（図７（ｃ））。すなわち、すなわち、投影面Ｔｐは、支持面Ｓの両端よりも外側に延びて存在する延在領域Ｅ１およびＥ２を有する。

　図８（ｇ）～（ｉ）は、第１の実施形態における積層プロセスを模式的に示す図で、ベルト３０の搬送方向から見た断面を表している。

　上述の通り加熱部材３３１の端部は放熱によって中央部に比べて温度が低くなりやすいが、本実施形態ではベルト３０の幅方向について、垂直に投影したときに、加熱部材３３１の端部が支持面Ｓよりはみ出るように構成している。そのため、加熱部材３３１をベルト３０に接触させると比較形態１および比較形態２に比べてベルト３０の支持面Ｓの幅方向の温度ムラを軽減することができる。その結果、ベルト３０の支持面Ｓの歪みを抑制でき（図８（ｈ））、積層不良の発生を抑制することができる（図８（ｉ））。

　加熱部材３３１の加熱領域の幅は、ベルト３０の幅より大きければよい。

　また、加熱部材３３１の加熱領域の幅は、ベルト３０の蛇行幅を加味して決定してもよい。加熱部材３３１の種類にもよるが、加熱部材３３１の加熱領域の幅は、ベルト３０の幅の１．０５倍以上であることが好ましく、１．１倍以上であることがより好ましく、１．３倍以上であることが特に好ましい。すなわち、加熱部材３３１の加熱領域の投影面Ｔｐの、２つの延在領域Ｅ１およびＥ２を結ぶ直線に沿った長さは、当該直線に沿った支持面Ｓの長さの１．０５倍以上であることが好ましい。

　また、加熱部材３３１の加熱領域の幅の上限は特に限定はされないが、消費電力や造形装置の大きさを抑える観点から、ベルト３０の幅の３倍以下とすることが好ましく、２倍以下とすることがより好ましい。

　例えば、ベルト３０として幅７０ｍｍの無端ベルトを用いた場合には、加熱部材３３１は、ベルト幅方向に１２０ｍｍ、ベルト搬送方向に１２０ｍｍ、厚さ２０ｍｍのＳＵＳ板に、５９０Ｗのシーズヒータ３本を埋め込んだものを使用することできる。このとき、加熱部材３３１の加熱領域の幅は、ベルト３０の幅の約１７１％となる。この造形装置を用いて、ベルト幅方向に３０ｍｍ、ベルト搬送方向に３０ｍｍ、高さ２ｍｍの直方体を積層造形により造形したところ、積層不良が発生することなく、安定して積層することが可能であった。

　また、ベルト３０として幅２０８ｍｍの無端ベルトを用いた場合は、加熱部材３３１は、ベルト幅方向に２３０ｍｍ、ベルト搬送方向に１２０ｍｍ、厚さ１６ｍｍのＳＵＳ板に、５５０Ｗのシーズヒータを５本埋め込んだものを使用することができる。このとき、加熱部材３３１の加熱領域の幅は、ベルト３０の幅の約１１１％となる。この造形装置を用いて、ベルト幅方向に１２０ｍｍ、ベルト搬送方向に１００ｍｍ、高さ３０ｍｍの直方体を積層造形により造形したところ、積層不良が発生することなく、安定して積層することが可能であった。

　さらに、ベルト３０として幅１５０ｍｍの無端ベルトを用いて、加熱部材３３１は、ベルト幅方向に１２０ｍｍ、ベルト搬送方向に１２０ｍｍ、厚さ２０ｍｍのＳＵＳ板に、５９０Ｗのシーズヒータ３本を埋め込んだものを使用した。この造形装置を用いて、ベルト幅方向に３０ｍｍ、ベルト搬送方向に３０ｍｍ、高さ２ｍｍの直方体を積層造形により造形したところ、造形の途中で積層不良が発生し、造形することができなかった。これは、ベルト３０がベルト幅方向に大きく反ったため、ベルト３０の支持面Ｓ上に支持された材料層と、ステージ３４上に形成されている造形途中の立体物３７の上面とが接触しなかったためであると考えられる。

　また、積層位置において、ステージ３４を、搬送部材（ベルト３０）が材料層を支持する支持面Ｓの存在する平面上に垂直に投影した投影面をＴｓとすると、投影面Ｔｓは、支持面Ｓの両端よりも外側に延びる延在領域が存在しないのが好ましい。つまり、加熱部材３３１側からみてステージ３４が搬送部材に隠れており、積層位置において、ステージが前記加熱領域の前記延在領域と対向する領域を有していないのが好ましい。ステージ３４がベルト３０からはみ出ていると、はみ出し部分が加熱部材３３１の延在領域Ｅ１、Ｅ２によって直接加熱される。この熱によって、ステージ３４上の造形物の搬送部材の端部近くの部分の加熱条件が、他の部分と異なってしまい、造形物の形状に影響を与える恐れがある。特に、積層の初期段階では影響が大きいと考えられる。

　本実施形態に係る装置１は加熱部材３３１の幅とベルト３０の幅との関係が、上述のような関係となっている。したがって、装置１による立体物の製造方法は、以下の［１］～［３］の工程を含む。

　［１］材料層を搬送部材上に支持して搬送する搬送工程
　［２］搬送部材上に支持された材料層を加熱する加熱工程
　［３］材料層をステージに順次積層する積層工程

　そして、加熱工程［２］が、搬送部材が材料層を支持する支持面上の少なくとも一方について、支持面よりも広い領域を加熱する工程である。これにより、搬送部材の、上述のＸ方向またはＹ方向における歪みの発生を抑制し、積層不良の発生を抑制することができる。

　なお、加熱工程［２］は、上述の通り積層工程［３］と同時または積層工程［３］の後に行ってもよいし、積層工程［３］の前に行ってもよい。

　＜第２実施形態＞
　第１の実施形態では、積層ユニットＵ３の搬送部材が無端ベルト状の部材（ベルト３０）である造形装置について説明したが、積層ユニットＵ３の搬送部材はこれに限定されるものではない。以下、本発明の第２の実施形態に係る造形装置２について説明する。

　図９は、第２の実施形態に係る造形装置２（以下、「装置２」と称する）の構成を模式的に示す図である。装置２の構成は、積層ユニットＵ３以外については装置１と同様なので、積層ユニットＵ３以外の部分については説明を割愛する。

　［積層ユニット］
　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第１の搬送ベルト１１から受け取り、これを順に積層することによって、立体物を形成するユニットである。

　図９に示すように、積層ユニットＵ３は、搬送プレート（搬送部材）３０１、温度調整部３３、ステージ３４を備えている。

　以下、積層ユニットＵ３の、第１の実施形態と異なる各部の構成について詳しく説明する。

　（搬送プレート（搬送部材））
　搬送プレート３０１は、材料層形成ユニットＵ２で形成された材料層、または装置２の外部から供給された材料層を受け取り、その材料層を積層位置まで支持して搬送する。

　なお、積層位置とは、材料層の積層（ステージ３４の上面またはステージ３４上に形成されている造形途中の立体物３７の上面への積み上げ）が行われる位置である。積層位置は、図９の構成では、搬送プレート３０１が温度調整部３３とステージ３４とで挟まれる部分となる。

　搬送プレート３０１は、樹脂、ポリイミド、金属などの材料からなる平板状の部材である。搬送プレート３０１は、例えばベルトコンベアなどの搬送プレート移動手段（不図示）によって搬送されることにより、移動可能である。搬送プレート３０１は所定の位置で材料層形成ユニットＵ２または装置２の外部から材料層を受け取った後に、搬送プレート移動手段（不図示）によって搬送され、積層位置へと移動する。これにより、搬送プレート３０１に支持された材料層は、積層位置まで搬送される。

　（温度調整部）
　温度調整部３３は、搬送プレート３０１に支持された材料層の温度を調整する部分であり、温度調整部３３は加熱部材３３１を有する。加熱部材３３１は、搬送プレート３０１に支持された材料層を加熱する。

　本実施形態に係る温度調整部３３は、ベルト３０に支持された材料層の代わりに搬送プレート３０１に支持された材料層の温度を調整する以外は、第１の実施形態に係る温度調整部３３と同様である。

　［加熱部材と搬送部材との関係］
　図１０は、第２の実施形態に係る装置２の、積層位置における加熱部材と搬送部材の関係を模式的に示す図である。図１０（ａ）は斜視図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸ軸に垂直な断面図であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＺ軸に垂直な断面図であって加熱部材と接触する搬送部材上の面を示す図である。

　ここで、Ｘ軸は搬送部材の搬送方向と一致している。

　本実施形態では、図１０に示すとおり、Ｙ軸方向（搬送部材の材料層を支持する面において、搬送方向と垂直な方向）について、加熱部材３３１の幅が、搬送プレート３０１の幅よりも大きい。

　また、Ｙ軸方向について、加熱部材３３１の幅方向の両端部は、搬送プレート３０１の幅方向の両端部からはみ出るように配置される。

　ここで、積層位置において、加熱部材３３１の加熱領域を、搬送部材（搬送プレート３０１）が材料層を支持する支持面Ｓの存在する平面上に垂直に投影した投影面をＴｐとする。すると、本実施形態では、Ｙ軸方向に沿ってみると、投影面Ｔｐの端部が支持面Ｓの端部よりも外側に存在する（図１０（ｃ））。すなわち、投影面Ｔｐは、支持面Ｓの両端よりも外側に延びて存在する延在領域Ｅ１およびＥ２を有する。

　なお、搬送部材として本実施形態のように板状の部材を用いる場合は、搬送部材のステージ３４と対向する面全体が、支持面Ｓとなる。

　また、積層位置において、ステージ３４を、搬送プレート３０１が材料層を支持する支持面Ｓの存在する平面上に垂直に投影した投影面をＴｓとすると、投影面Ｔｓは、Ｙ軸方向において支持面Ｓの両端よりも外側に延びる領域が存在しないのが好ましい。つまり、積層位置において、ステージは前記加熱領域の前記延在領域と対向する領域を有さないのが好ましい。ステージ３４がＹ軸方向において搬送プレートからはみ出ていると、はみ出し部分が加熱部材３３１の延在領域Ｅ１、Ｅ２によって直接加熱される。この熱によって、ステージ３４上の造形物のＹ軸方向の端部における加熱条件が、他の部分と異なってしまい、造形物の形状に影響を与える恐れがある。特に、積層の初期段階では影響が大きいと考えられる。

　本実施形態ではこのような構成により、搬送プレート３０１の一方の幅方向について、加熱部材３３１の端部が支持面Ｓからはみ出る。そのため、加熱部材３３１を搬送プレート３０１に接触させたときに、搬送プレート３０１の支持面Ｓの当該幅方向（ここではＹ軸方向）の温度ムラを軽減することができる。その結果、搬送プレート３０１の支持面Ｓの歪みを抑制でき、積層不良の発生を抑制することができる。

　図１１は、第２の実施形態の変形例に係る造形装置の、積層位置における加熱部材と搬送部材の関係を模式的に示す図である。図１１（ａ）は斜視図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸ軸に垂直な断面図であり、図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＺ軸に垂直な断面図であって加熱部材と接触する搬送部材上の面を示す図である。

　本変形例では、図１１に示すとおり、Ｙ軸方向およびＸ軸方向の両方について、加熱部材３３１の幅が、搬送プレート３０１の幅よりも大きい。

　また、Ｙ軸方向およびＸ軸方向の両方について、加熱部材３３１の幅方向の両端部は、搬送プレート３０１の幅方向の両端部からはみ出るように配置される。

　ここで、積層位置において、加熱部材３３１の加熱領域を、搬送部材（搬送プレート３０１）が材料層を支持する支持面Ｓの存在する平面上に垂直に投影した投影面をＴｐとする。すると、本変形例では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方について、投影面Ｔｐの端部が支持面Ｓの端部よりも外側に存在する。すなわち、投影面Ｔｐは、Ｙ方向について、支持面Ｓの両端よりも外側に延びて存在する延在領域Ｅ１およびＥ２を有する。

　さらに、投影面Ｔｐは、Ｙ方向と垂直なＸ方向についても、支持面Ｓの両端よりも外側に延びて存在する延在領域Ｅ３およびＥ４を投影面Ｔｐの両端に有する。

　本実施形態ではこれにより、搬送プレート３０１のいずれの幅方向についても、加熱部材３３１の端部が支持面Ｓよりはみ出るように構成している。そのため、加熱部材３３１を搬送プレート３０１に接触させたときに、搬送プレート３０１の支持面Ｓのいずれの幅方向についても、温度ムラを軽減することができる。その結果、搬送プレート３０１の支持面Ｓの歪みをより抑制でき、積層不良の発生をより抑制することができる。

　また、積層位置において、ステージ３４を、搬送プレート３０１が材料層を支持する支持面Ｓの存在する平面上に垂直に投影した投影面をＴｓとすると、投影面Ｔｓは、Ｘ軸およびＹ軸方向において支持面Ｓの両端よりも外側に延びる延在領域が存在しないのが好ましい。すなわち、加熱部材３３１側からみて、ステージ３４は搬送プレートに隠れており、積層位置において、ステージは前記加熱領域の前記延在領域と対向する領域を有さないのが好ましい。ステージ３４が搬送プレートからはみ出ていると、はみ出し部分が加熱部材３３１の延在領域Ｅ１~Ｅ３によって直接加熱される。この熱によって、ステージ３４上の造形物の端部における加熱条件が、他の部分と異なってしまい、造形物の形状に影響を与える恐れがある。特に、積層の初期段階では影響が大きいと考えられる。

　＜第３実施形態＞
　次に、本発明の第３の実施形態に係る造形装置３について説明する。

　本実施形態に係る造形装置３は、積層ユニットＵ３が有する温度調整部３３が加熱部材３３１に加えて、冷却部材３３２を有する以外は、第１の実施形態に係る装置１の構成と同様である。

　図１２は、第３の実施形態の変形例に係る造形装置３の、積層位置における加熱部材および冷却部材と搬送部材の関係を模式的に示す図である。

　ここで、積層位置において、加熱部材３３１の加熱領域を、搬送部材（搬送プレート３０１）が材料層を支持する支持面Ｓの存在する平面上に垂直に投影した投影面をＴｐ１とする。このとき、投影面Ｔｐ１が、支持面Ｓの両端よりも外側に延びて存在する延在領域を投影面Ｔｐの両端に有するようにする。これにより、加熱部材３３１によって搬送部材上に支持された材料層を加熱する際に、搬送部材の支持面Ｓの歪みを抑制することができる。

　さらに本実施形態のように、温度調整部３３が搬送部材上に支持された材料層を冷却する冷却部材３３２を有する場合には、冷却部材３３２と搬送部材との関係も、加熱部材３３１と搬送部材との関係と同様とすることが好ましい。すなわち、積層位置において、冷却部材３３２の冷却領域を、搬送部材（搬送プレート３０１）が材料層を支持する支持面Ｓの存在する平面上に垂直に投影した投影面をＴｐ２とする。このとき、投影面Ｔｐ２も、支持面Ｓの両端よりも外側に延びて存在する延在領域を有するようにする。これにより、冷却部材３３２によって搬送部材上に支持された材料層を冷却する際に、搬送部材の支持面Ｓの歪みを抑制することができる。

　これにより、本実施形態によれば、加熱時に生じる支持面Ｓの歪みに起因する積層不良に加えて、冷却時に生じる支持面Ｓの歪みに起因する積層不良の発生も抑制することができる。

　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。

　本願は、２０１６年４月２８日提出の日本国特許出願特願２０１６-０９１５７７を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。

　３０　第２の搬送ベルト（搬送部材）
　３３　温度調整部（加熱部材）
　３４　ステージ（積層手段）
　３５　ステージ駆動部
　Ｓ　支持面
　Ｔ　加熱領域の投影面
　Ｅ１、Ｅ２　延在領域
　

Claims (14)

1. 　　複数の材料層を順次積層して立体物を造形する造形装置であって、
   　前記材料層が積層される造形面を有するステージと、
   　前記造形面と対向する積層位置まで、前記材料層を支持して搬送する搬送部材と、
   　前記積層位置において、前記ステージの前記造形面との間で前記材料層を挟み、前記材料層を加圧および加熱するための加熱部材と、を有し、
   　前記搬送部材が前記材料層を支持する支持面が存在する平面上に前記加熱部材の加熱領域を垂直に投影したときに、前記加熱領域の投影面が、前記支持面の両端よりも外側に延びて存在する延在領域を前記加熱領域の投影面の両端に有することを特徴とする造形装置。
2. 　前記積層位置において、前記支持面上の最大造形領域が、前記加熱領域の投影面の内側に存在することを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
3. 　前記加熱領域の投影面の前記２つの延在領域を結ぶ直線に沿った長さが、前記支持面の前記直線に沿った長さの１．０５倍以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の造形装置。
4. 　前記積層位置において、前記ステージの前記造形面との間で前記材料層を挟み、前記材料層を冷却するための冷却部材をさらに有し、
   　前記搬送部材が前記材料層を支持する支持面が存在する平面上に前記冷却部材の冷却領域を垂直に投影したときに、前記冷却領域の投影面が、前記支持面の両端よりも外側に延びて存在する延在領域を前記冷却領域の投影面の両端に有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の造形装置。
5. 　前記搬送部材が、回転可能な無端ベルトであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の造形装置。
6. 　前記無端ベルトのベルト搬送方向と直交するベルト幅方向の前記加熱部材の加熱領域の長さが、前記無端ベルトのベルト幅より大きいことを特徴とする請求項５に記載の造形装置。
7. 　前記搬送部材が、平板状の搬送プレートであり、
   　前記搬送プレートを移動させる搬送プレート移動手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の造形装置。
8. 　前記支持面が前記加熱領域の投影面の内側に存在することを特徴とする請求項７に記載の造形装置。
9. 　前記積層位置において、前記ステージは、前記加熱領域の前記延在領域と対向する領域を有さないことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の造形装置。
10. 　前記材料層を形成する材料層形成部をさらに有し、
    　前記材料層形成部が、電子写真プロセスによって粒子像を形成して、前記材料層を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の造形装置。
11. 　複数の材料層を順次積層して立体物を造形する造形装置であって、
    　前記材料層が順次積層される造形面を有するステージと、
    　回転可能な無端ベルトと、
    　前記無端ベルトの内周面と接触して、前記無端ベルトの外周面に支持された前記材料層を、前記ステージの前記造形面と、前記無端ベルトと、の間に挟んで加熱する加熱部材と、を有し、
    　前記無端ベルトのベルト搬送方向と直交するベルト幅方向の前記加熱部材の加熱領域の長さが、前記無端ベルトのベルト幅より大きいことを特徴とする造形装置。
12. 　前記無端ベルトが前記材料層を支持する支持面が存在する平面上に前記加熱部材の加熱領域を垂直に投影したときに、前記加熱領域の投影面が、前記ベルト幅方向に沿って、前記支持面の両端よりも外側に延びて存在する延在領域を前記加熱領域の投影面の両端に有することを特徴とする請求項１１に記載の造形装置。
13. 　前記無端ベルトのベルト搬送方向と直交するベルト幅方向の前記加熱部材の加熱領域の長さが、前記無端ベルトのベルト幅の長さの１．０５倍以上であることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の造形装置。
14. 　複数の材料層を順次積層して立体物を造形する立体物の製造方法であって、
    　前記材料層を搬送部材上に支持して搬送する搬送工程と、
    　前記搬送部材上に支持された前記材料層を加熱する加熱工程と、
    　前記材料層をステージに順次積層する積層工程と、を有し、
    　前記加熱工程が、前記搬送部材が前記材料層を支持する支持面上の前記搬送部材の搬送方向および前記搬送方向に垂直な方向の少なくとも一方向について、前記支持面よりも広い領域によって前記材料層を加熱することを特徴とする立体物の製造方法。
    　

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