JP2003159754A - 三次元像生成方法及び三次元像生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】色彩を伴った三次元像生成方法及び三次元像生
成装置を提供する。 【解決手段】先ず熱可塑性の造形粉体Ｚの造形粉体層３
１からなる造形部のスライス像を形成して転写ベルト２
３上に転写する。次に耐熱性のサポート粉体Ｓのサポー
ト粉体層３２からなる非造形部に対応する像を形成して
転写ベルト２３上に転写する。更に熱可塑弱接着性のマ
ゼンタ発色接着粉体Ｍ、シアン発色接着粉体Ｃ及びイエ
ロー発色接着粉体Ｙの各像からなる造形部発色粉体層３
３及び適宜の発色接着粉体Ｍ、Ｃ又はＹによる除去部発
色接着粉体層３４を形成して造形粉体層３１及びサポー
ト粉体層３２上に重ねて転写する。これを搬送して積層
ステージ２７上に定着し１層の定着スライス層を形成す
る。造形部は彩色されて強固に定着され、非造形部は除
去部発色接着粉体層３４の熔融により容易に剥離可能に
弱接着している。定着スライス層を積層して非造形部を
除去することで彩色された立体像が生成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所望のカラー模様
またはカラー画像を着色された精密な立体造形物を形成
する三次元像生成方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、比較的古くから知られている液状
の感光硬化材に光を当てて三次元像（立体像）を生成す
る光造形法に代わって、この光造形法よりも精度良く立
体像を生成できるものとして、例えば特開平８−０５７
９６７号公報、特開平８−２８１８０８号公報または特
開平９−３２４２０３号公報等で提案されている粉末積
層造形法と言う方法が知られている。

【０００３】これらの粉末積層造形法による三次元像の
生成方法は、いずれも例えば人体患部の診断のために採
用されるＸ線や超音波スキャナによる断層写真のごと
く、先ず立体形状モデルの連続する各断面形状パターン
を作成した後、電子写真プロセスを用いて、上記各断面
形状パターンのパターン部分には造形材を配置し、パタ
ーン以外の部分には造形材とは異質材を配置して、これ
ら造形材と異質材からなる例えば厚さ数十μｍの断面形
状層を順次生成する。そして、これらの断面形状層を順
次積み重ねると共に各層の造形材のみを融合接着させな
がら、全体の各断面形状層の積層完了後、異質材を除去
して、上記立体形状モデルと同一の三次元像を生成する
というものである。

【０００４】これらの技術は、例えば、極めて高コスト
で長期の作業時間を要する金型起しと成形とからなる旧
来のモデル成形に代わるものとして注目されているもの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、われ
われの目に触れる造形物は、ほとんど全てのものが、色
彩（ここでは単色の色彩ではなく多数の色が混じて形成
された模様あるいは画像の意）を表面又は裏面に施され
ているものが多い。また、ステンドグラスや一部に見ら
れるガラス製花器のように表から裏まで透けて見えるよ
うに色彩を施された造形物もある。

【０００６】ところが、上述した光造形法はもちろんの
こと、いずれの粉末積層造形法も、色彩を伴う三次元像
の造形を実現することについての提案がなされているも
のではなかった。例えば、色彩を伴う三次元像の形成を
行うとした場合の、造形材料、サポート材料、それらの
配置方法、着色方法等についての記載が全く無い。換言
すれば、上記の技術はいずれもその発明・考案としての
認識の範囲に色彩を伴った三次元像造形についての概念
は皆無である。

【０００７】しかしながら、上述したように従来われわ
れの目に触れる立体造形物のほとんどは色彩を持った造
形物であるということを考慮すると、今後造形技術が進
展していく方向としては当然ながら色彩を伴った三次元
像造形が要求される。本発明の課題は、上記従来の実情
に鑑み、色彩を伴った三次元像生成方法及び三次元像生
成装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】先ず、請求項１記載の発
明の三次元像生成方法は、三次元モデルのＣＡＤデータ
から作成された二次元スライスデータに基づき、造形部
と非造形部とで異なる粉体を用いた２種以上の粉体から
なる平面画像を静電写真法により作成する三次元像生成
方法において、第１の支持体上に前記平面画像の前記造
形部を形成するための造形粉体層を形成する工程と、前
記第１の支持体上に前記平面画像の前記非造形部を形成
するためのサポート粉体層を形成する工程と、上記造形
粉体層上に少なくともイエロー、マゼンタ及びシアンの
発色接着粉体のいずれかを用いて上記平面画像の上記造
形部の発色部を形成するための造形部発色接着粉体層を
形成すると共に上記サポート粉体層上に少なくとも上記
イエロー、マゼンタ及びシアンの発色接着粉体のいずれ
かを用いて除去部発色接着粉体層を形成する工程と、上
記第１の支持体上に形成された上記造形粉体層、上記サ
ポート粉体層、上記造形部発色接着粉体層、及び上記除
去部発色接着粉体層とを一括して第２の支持体上に転移
させる工程と、上記第２の支持体に転移さされた上記各
粉体層中の上記造形粉体層及び上記造形部発色接着粉体
層を定着させて上記二次元スライスデータに基づく一層
のスライス像を形成する工程と、を有し、該一層のスラ
イス像を形成する工程を順次繰り返して上記三次元モデ
ルに対応する三次元像を生成するように構成される。

【０００９】上記定着は、例えば請求項２記載のよう
に、熱と圧力による固結形成であり、第１層のスライス
像では上記第２の支持体に対して非接着性又は弱接着性
であり、第２層以上のスライス像では定着済みの直下の
スライス像に対して強い接着性を有するように形成され
る。また、上記サポート粉体層を形成するサポート粉体
は、例えば請求項３記載のように、適宜の耐熱性材料を
紛体化してなる。

【００１０】次に、請求項４記載の発明の三次元像生成
方法は、三次元モデルのＣＡＤデータから作成された二
次元スライスデータに基づき、造形部と非造形部とで異
なる粉体を用いた２種以上の粉体からなる平面画像を静
電写真法により作成する三次元像生成方法において、第
１の支持体上に上記平面画像の造形部を形成するための
造形粉体層を形成する工程と、上記第１の支持体上に上
記平面画像の非造形部を形成するためのサポート粉体層
を形成する工程と、上記第１の支持体上に形成された上
記造形粉体層および上記サポート粉体層を第２の支持体
上に転移させる工程と、上記第２の支持体に転移させた
上記各粉体層中の上記造形粉体層を仮定着させて一層の
スライス像を仮形成する工程と、上記第１の支持体上に
少なくともイエロー、マゼンタ及びシアンの発色接着粉
体のいずれかを用いて上記平面画像の上記造形部の発色
部を形成するための造形部発色接着粉体層を形成する工
程と、形成された該造形部発色接着粉体層を上記第２の
支持体上に仮形成されている上記スライス像の上記造形
粉体層上の上記発色部の上記造形部発色接着粉体層に対
応する位置に重ねて転移させる工程と、上記第２の支持
体の仮形成されている上記スライス像と該スライス層上
に重ねて転写された上記造形部発色接着粉体層を本定着
させて上記二次元スライスデータに基づく一層のスライ
ス像を形成する工程と、を有し、該一層のスライス像を
形成する工程を順次繰り返して上記三次元モデルに対応
する三次元像を生成するように構成される。

【００１１】上記仮定着及び上記本定着は、例えば請求
項５記載のように、それぞれ熱と圧力による固結形成で
あり、上記本定着は第１層のスライス像では上記第２の
支持体に対して非接着性又は弱接着性であり第２層以上
のスライス像では本定着済みの直下のスライス像に対し
て強い接着性を有して形成される。

【００１２】また、上記サポート粉体層を形成するサポ
ート粉体は、例えば請求項６記載のように、耐熱性材料
からなる粒子の表面を熱可塑性樹脂で被覆してなる粒子
により構成される。また、上記請求項１記載の発明の三
次元像生成方法及び上記請求項４記載の発明の三次元像
生成方法において、上記造形粉体層を形成する造形粉体
は、例えば請求項７記載のように、熱可塑性樹脂を無色
透明化もしくは白色半透明化又は白色不透明化し且つ紛
体化してなる。また、上記発色接着粉体層を形成する発
色接着粉体は、例えば請求項８記載のように、熱可塑性
樹脂を所望の色に着色し且つ紛体化してなる。

【００１３】更に、請求項９記載の発明の三次元像生成
装置は、三次元モデルのＣＡＤデータから作成された二
次元スライスデータに基づき、造形部と非造形部とで異
なる粉体を用いた２種以上の粉体からなる平面画像を静
電写真法により作成する三次元像生成装置において、第
１の支持体と、第２の支持体と、上記第１の支持体上に
上記平面画像の造形部を形成するための造形粉体層を形
成する造形粉体層形成手段と、上記第１の支持体上に上
記平面画像の非造形部を形成するためのサポート粉体を
形成するサポート粉体層形成手段と、上記第１の支持体
上又は上記造形粉層上又は上記サポート粉体層上に少な
くともイエロー、マゼンタ及びシアンの発色接着粉体に
よる所定の粉体層を形成する発色接着粉体層形成手段
と、上記第１の支持体上に形成された上記造形粉体層、
上記サポート粉体層、又は上記発色接着粉体層を上記第
２の支持体上の所定の位置に転移させる粉体層転移手段
と、上記第２の支持体上に転移された各粉体層のなかの
上記造形粉体層及び該造形粉体層に関わる上記発色接着
粉体層を定着して上記二次元スライスデータに基づく一
層のスライス像を形成するスライス像形成手段と、上記
三次元モデルに対応する三次元像を生成すべく上記スラ
イス像を順次積層するスライス像積層手段と、を備えて
構成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。尚、以下の説明において、上
記第１の支持体は、例えば転写ベルト２３等からなり、
上記第２の支持体は、例えば積層ステージ２７等からな
り、上記造形粉体層形成手段は、例えば造形ユニット７
等からなり、上記サポート粉体層形成手段は、例えばサ
ポート材ユニット６等からなり、上記発色接着粉体層形
成手段は、例えば着色ユニット部５等からなり、上記粉
体層転移手段は、例えば転写帯電器２４等からなり、ス
ライス層形成手段は、例えば転写ベルト２３、積層ステ
ージ２７、転写定着器２５等からなり、そして、スライ
ス像積層手段は、例えば転写定着器２５、積層ステージ
２７、昇降機２８等からなる。

【００１５】図１は、第１の実施の形態における三次元
像生成装置の構成を模式的に示す側断面図である。同図
に示すように、三次元像生成装置１は、像形成部２、転
写定着部３、及び定着積層部４から構成される。像形成
部２は、着色ユニット部５、サポート材ユニット６、造
形ユニット７から構成される。着色ユニット部５は、少
なくとも３個の着色ユニット８（８−１、８−２、８−
３）を備えている。これらサポート材ユニット６、造形
ユニット７及び３個の着色ユニット８は、いずれも後述
する現像剤ホッパー部に収容する現像剤の種類がそれぞ
れ異なる点を除いて各部の構成は同一である。

【００１６】同図において代表的に着色ユニット８−３
を取り上げて、その各構成部分に番号を付与して構成を
説明する。着色ユニット８−３（及び着色ユニット８−
２、８−３、サポート材ユニット６、造形ユニット７）
は、現像ホッパー部１１とドラム部１２とからなる。

【００１７】現像ホッパー部１１は、現像剤容器１３と
その下部開口部に回転可能に支持される現像ローラ１４
を備えている。また、ドラム部１２は、感光体ドラム１
５とこの感光体ドラム１５の周面に当接又は近接して順
次に配置されているクリーナ１６、初期化帯電器１７、
露光ヘッド１８からなる。

【００１８】上記現像剤容器１３には、図面右方の造形
ユニット７の現像剤容器１３から図面左方の着色ユニッ
ト８−３の現像剤容器１３まで、ユニット毎の現像剤と
なる造形粉体Ｚ、サポート粉体Ｓ、マゼンタ発色接着粉
体Ｍ、シアン発色接着粉体Ｃ、及びイエロー発色接着粉
体Ｙがそれぞれ収容されている。

【００１９】上記の造形粉体Ｚは、所望とする造形物
（三次元モデル）を形成するための造形材料であり、熱
可塑性樹脂を紛体化したものである。熱可塑性の樹脂と
しては、完成した立体造形物の構成強度を必要とする場
合は、一般的に使用されるＡＢＳ（アクリロニトリル・
ブタジェン・スチレン）樹脂、ＰＰ（ポリプロピレン）
樹脂、ＰＳ（ポリスチレン）樹脂、ＰＡ（ポリアミド）
樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂等が好ましい。
尚、この造形粉体Ｚの色としては、本実施例では不透明
な白色としている。

【００２０】また、上記のサポート粉体Ｓは、最終的に
所望とする造形物が完成するまでの間、上記の造形粉体
Ｚで形成される部分を支持するために、例えば造形物が
登山等における岩壁のオーバーハング状の形態（図３
(d) の突部３９参照）を有する場合にそのオーバーハン
グ状の下方の空間を生成工程の最終段階まで支持するた
めに、造形粉体Ｚで形成される部分以外の部分、つまり
非造形部を形成するためのサポート材料である。

【００２１】このサポート粉体Ｓは適宜の耐熱性材料を
紛体化したものである。耐熱性の材料としては、例えば
フッ素系の樹脂がある。いずれにしても、後の除去の容
易性を考えると、表面エネルギーの非常に低いものを選
ぶことが望ましい。また、このサポート粉体Ｓは、のち
に除去するものであるので、色は任意の色を用いてよ
い。

【００２２】また、このサポート紛体Ｓの平均粒径は造
形紛体Ｚとほぼ同等としてよい。しかし、造形紛体Ｚが
溶融圧着されて細密に充填されるために起こる高さ方向
の変化や、熱収縮により積層面の平面性に影響が出る可
能性もあるので、サポート紛体Ｓの粒子径は、その基準
寸法としては造形紛体Ｚより若干小さく設定しておく方
が好ましい。すなわち「造形粉体の粒径≧サポート粉体
の粒径」とするのがよい。

【００２３】いずれにしても、造形紛体Ｚ及びサポート
紛体Ｓの粒径は、造形物を生成する際の積層ピッチに相
当するため、粒径の小さな粉体を使用した場合は解像度
の高い造形物を作ることが出来る反面、積層する回数が
増えるため造形時間が多くかかるという不便がある、逆
に粒径の大きな粉体を使用した場合は、造形時間は短く
なる反面、解像度の粗い造形物となって、例えば、なだ
らか曲面となるはずの表面に段差ができるなどの問題が
生じる。したがって、造形物の条件によって粒径を選択
すれば良いが、極端に大きい粒径を選ぶことは好ましく
ない。

【００２４】一般に、電子写真式の画像形成装置で使用
されている紛体の商業的に製造可能な最小サイズは約５
μｍφであり、また最大サイズは静電気的に紛体を安定
搬送できると思われる約１００μｍφとなるので、この
条件下に粒径の範囲は限定される。

【００２５】実際には電子写真プロセスに使われている
トナーの粒径は、約６〜１０μｍφ前後であるが、これ
と同じ大きさで造形紛体Ｚ及びサポート紛体Ｓを作った
場合、従来の光造形法やその他の造形方法に比べて、十
分に解像度の高い造形物を作り出すことが出来る。

【００２６】また、粒径が１００μｍとした場合でも、
従来の光造形法やその他の造形方法と同等の造形品質が
得られることになる。したがって、このことから解像度
と造形時間の兼ね合いを考えた場合に、造形紛体Ｚ及び
サポート紛体Ｓの粒径は、５〜１００μｍφ程度である
ことが好ましい。

【００２７】また、マゼンタ発色接着粉体Ｍ、シアン発
色接着粉体Ｃ、及びイエロー発色接着粉体Ｙの発色接着
粉体は、いずれも熱可塑性樹脂を紛体化したものであ
り、造形粉体Ｚと同じ材質で構成するのが好ましく、そ
のほうが、造形部が出来あがった時の強度が維持でき
る。材質としては具体的には電子写真方式で一般的に使
われている低分子量のポリエステル等で良い。

【００２８】もっとも、強度を考慮しないような、すな
わち三次元モデルの出来上がり形状のみを確認するため
のような使われ方もあり、そのような場合は材質の組成
は適宜に変更が可能である。これら３色の（３色とは限
らないが）発色接着粉体（Ｍ、Ｃ，Ｙ）は、一方では上
記の造形粉体Ｚで形成される造形部分を着色して所望の
色彩を施すと共に、他方では後述するサポート粉体層を
形成する上記のサポート粉体Ｓを低接着強度で仮接着す
る機能も備えている着色／接着材料である。

【００２９】また、発色接着紛体の平均粒径に関して
は、電子写真方式のトナー等で多く用いられている６〜
１０μｍφ位が商業的な安定供給の面からみて好ましい
といえる。また、上記の各粉体の平均粒径は、「造形粉
体の粒径≧サポート粉体の粒径＞着色接着粉体の粒径」
に設定されることが好ましい。

【００３０】次に、転写定着部３は、図の反時計回り方
向に回転する駆動ローラ２１、この駆動ローラ２１の回
転に従動する従動ローラ２２、これら駆動ローラ２１と
従動ローラ２２間に掛け渡され、図の矢印Ａで示す反時
計回り方向に循環移動し、その上循環移動部表面が上記
像形成部２の５個の感光体ドラム１５の下部周面にそれ
ぞれ当接している転写ベルト２３が配置されている。

【００３１】そして、この転写ベルト２３の上循環移動
部裏面に近接し、転写ベルト２３の上循環移動部を挟ん
で上記５個の感光体ドラム１５の下部周面とそれぞれ対
向して配置された５個の転写帯電器２４と、転写ベルト
２３の下循環移動部裏面に近接して昇降自在に配置され
た転写定着器２５を備えている。

【００３２】転写帯電器２４は不図示の転写バイアス電
源に接続され、所定の転写バイアスを転写ベルト２３に
印加する。転写定着器２５は内部にヒータを備え、後述
する定着の際は、静止している転写ベルト２３の下循環
移動部を加熱しなが押圧して定着を行う。

【００３３】そして、定着積層部４は、積層ステージ２
７と、この積層ステージ２７を下から支持して昇降する
昇降機２８とから構成される。積層ステージ２７上に
は、転写ベルト２３の下循環移動部から転写されて定着
されるスライス像３０が順次積層される。

【００３４】図２(a),(b),(c),(d) 及び図３(a),(b),
(c),(d) は、上記構成の三次元像生成装置１によって行
われる三次元像生成の処理工程を順に説明する図であ
る。前述の図１を再び用い、上記の図(a),(b),(c),(d)
及び図３(a),(b),(c),(d)を参照しながら、以下、三次
元像生成装置１によって行われる三次元像生成の処理工
程を順に説明する。

【００３５】図１に示す三次元像生成装置１において、
不図示の電源投入後、所定の三次元モデルのＣＡＤデー
タから作成された二次元スライスデータに基づくデータ
その他の指定が、キー入力により不図示の媒体装置から
読み込まれ、あるいは接続する不図示のホスト機器から
の信号として入力されて、初期設定処理が行われ、三次
元像生成のスタートが指示されると不図示の駆動機構に
よって図１に示す各部が駆動される。

【００３６】先ず、駆動ローラ２１が反時計回り方向に
回転し、これに従動して従動ローラ２２が同じく反時計
回り方向に回転する。これにより転写ベルト２３は、上
循環部が５個の感光体ドラム１５に当接して全体が矢印
Ａで示すように反時計回り方向へ循環移動する。

【００３７】これと共に各ユニット（７、６、５）が粉
体層形成のタイミングに合わせて順次駆動される。転写
ベルト２３循環移動方向最上流の造形ユニット７の感光
体ドラム１５（以下、各部の構成は着色ユニット８−３
を参照）が時計回り方向に回転し、感光体ドラム１５の
周表面に、初期化帯電器１７が一様な高マイナス電荷を
付与し、その一様な高マイナス電荷を付与された感光体
ドラム１５周表面に、露光ヘッド１８が二次元スライス
データに応じて露光を行って低電位部を形成する。

【００３８】これにより、感光体ドラム１５周面には、
上記初期化による高マイナス電位部と、露光による低マ
イナス電位部からなる静電潜像が形成される。現像ホッ
パー部１１の現像ローラ１４は、その静電潜像の低電位
部に現像剤容器１３内の造形粉体Ｚを転移させて感光体
ドラム１５周面上に造形粉体層の像（二次元スライスデ
ータの造形部）を形成（反転現像）する。

【００３９】尚、上記の現像方式は、反転現像と限るも
のではなく、造形粉体層が形成される静電潜像の電位の
関係が上記と異なる正規現像と呼ばれる現像方式であっ
てもよい。いずれにしても、上記の造形粉体層の像は最
上流の感光体ドラム１５によって転写ベルト２３との対
向部に回転搬送され、最上流の転写帯電器２４によって
転写ベルト２３上に転写される。

【００４０】これにより、最上流の感光体ドラム１５と
転写帯電器２４との対向部を通過後の転写ベルト２３上
には、図２(a) に示すように、造形粉体Ｚの層からなる
造形粉体層３１が形成される。尚、転写ベルト２３に転
写されなかった造形粉体Ｚはクリーナ１６により感光体
ドラム１５上からクリーニングされる。

【００４１】続いて、最上流から二番目のサポート材ユ
ニット６の感光体ドラム１５が上記同様の処理によっ
て、その周面にサポート粉体Ｓの像（二次元スライスデ
ータの非造形部）を形成され、転写ベルト２３との対向
部に回転搬送され、最上流から二番目の転写帯電器２４
によって転写ベルト２３上に転写される。

【００４２】これにより、最上流から二番目の感光体ド
ラム１５と転写帯電器２４との対向部を通過後の転写ベ
ルト２３上には、図２(b) に示すように、造形粉体層３
１が形成されていない部分すなわち非造形部に、サポー
ト粉体Ｓの層からなるサポート粉体層３２が形成され
る。

【００４３】更に続いて、着色ユニット部５において、
最上流の着色ユニット８−１の感光体ドラム１５に、マ
ゼンタ発色接着粉体Ｍの像（二次元スライスデータの造
形部のマゼンタ発色部に対応する像、以下同様）を形成
され（二次元スライスデータの造形部にマゼンタ発色部
がなければ像は形成されない、以下同様）、この像が転
写ベルト２３との対向部に回転搬送され、対応する転写
帯電器２４によって転写ベルト２３上の上流側で既に形
成されている図２(b) に示す造形粉体層３１上に転写さ
れる。

【００４４】また、着色ユニット部５の着色ユニット８
−２及び８−３においても、上記と同様にして、シアン
発色接着粉体Ｃの像、及びイエロー発色接着粉体Ｙの像
が形成され、上記同様に造形粉体層３１上に順次転写さ
れる。また、これと同時に、上記のサポート粉体Ｓの層
に弱い接着性を付与するために、任意の色の着色粉体、
つまり上記マゼンタ発色接着粉体Ｍ、シアン発色接着粉
体Ｃ又はイエロー発色接着粉体Ｙのいずれか、例えば現
像剤容器１３内に収容されている残量の最も多いものな
ど（もちろん１種類と限ることなく適宜の２種類あるい
は３種類全部を適宜に交えて使用してもよい）、が用い
られて、二次元スライスデータの非造形部に対応する像
が形成され、上記造形部用の像と共に転写ベルト２３と
の対向部に回転搬送されて、上流側で既に形成されてい
る図２(b) に示すサポート粉体層３２上に転写される。

【００４５】これにより、着色ユニット部５を通過後の
転写ベルト２３上には、図２(c) に示すように、造形粉
体層３１上に、二次元スライスデータの造形部の発色に
対応する造形部発色接着粉体層３３（マゼンタ発色接着
粉体Ｍ、シアン発色接着粉体Ｃ、イエロー発色接着粉体
Ｙによる混合粉体層）が形成され、サポート粉体層３２
上に、当該サポート粉体層３２の像形に対応する除去部
発色接着粉体層３４（マゼンタ発色接着粉体Ｍ、シアン
発色接着粉体Ｃ、イエロー発色接着粉体Ｙのうちの適宜
の発色接着粉体による単体又は混合粉体層）が形成され
る。

【００４６】以上のようにして転写ベルト２３上には、
三次元モデルのＣＡＤデータから作成された二次元スラ
イスデータに基づくスライス像に対応する粉体層が形成
される。続いて、このように上循環部上に形成された図
２(c) に示す造形粉体層３１、サポート粉体層３２、造
形部発色接着粉体層３３及び除去部発色接着粉体層３４
からなるスライス全体面対応粉体層３５を、図１に示し
た転写帯電器２４からのバイアス電圧により静電的に吸
着したまま、転写ベルト２３は、移動を続けて上記の上
循環部が下循環部となって図１に示した転写定着器２５
と積層ステージ２７との対向部に移動して停止する。

【００４７】これにより、図２(d) に示すように、転写
ベルト２３上（下循環部となった下面）に形成されてい
る上記スライス全体面対応粉体層３５（ここでは第１層
目、つまり三次元モデルのＣＡＤデータに対しては二次
元スライスデータの最下層）が積層ステージ２７と直接
対向する。

【００４８】この状態で、転写定着器２５が予め発熱さ
せた内部のヒータによって全体が所定の温度に加熱され
た状態で、上方の待機位置から降下して図３(a) に示す
よう転写ベルト２３を積層ステージ２７に向けて適宜の
時間押圧する。これにより、転写ベルト２３上に形成さ
れた図２(d) に示した造形粉体層３１、サポート粉体層
３２、造形部発色接着粉体層３３及び除去部発色接着粉
体層３４からなるスライス全体面対応粉体層３５が、一
括して積層ステージ２７上に転移される。そして、耐熱
性材料の粉体からなるサポート粉体層３２はそのままの
形状を維持し、熱可塑性樹脂の粉体からなる造形粉体層
３１と造形部発色接着粉体層３３及び除去部発色接着粉
体層３４は熔融する。

【００４９】この後、転写定着器２５は転写ベルト２３
から離隔して再び待機位置に上昇する。これにより、図
２(d) に示した造形粉体層３１と造形部発色接着粉体層
３３は、造形粉体層３１が溶融すると同時に同じく溶融
した造形部発色接着粉体層３３が混合され、一体となっ
て強固に結合するとともに、所望の色に彩色されて、図
３(b) に示すように、造形部３６を形成する。

【００５０】また、熔融して固結した除去部発色接着粉
体層３４は、サポート粉体層３２の間隙を埋めて、サポ
ート粉体層３２と共に造形部３６以外の部分、すなわち
非造形部３７を形成する。サポート粉体層３２のサポー
ト粉体Ｓは、耐熱物質であり、表面エネルギーが低いの
で、溶融した除去部発色接着粉体層３４により弱い接着
力で結合している。

【００５１】このようにして、二次元スライスデータに
基づく一層（この場合は第１層目）の定着スライス層３
８−１が形成され、この定着スライス層３８−１内に造
形部３６（スライス造形部）が形成される。尚、造形粉
体層３１と造形部発色接着粉体層３３は一体となって造
形部３６が強固に形成されるが、熔融・固結した除去部
発色接着粉体層３４は、弱い接着力で積層ステージ２
７、造形部３６、及びサポート粉体層３２のサポート粉
体Ｓに接着しているだけであり、この接着状態は将来弱
い外力が加わるだけで容易に剥離する。

【００５２】上記に続いて、上記と全く同様の処理によ
り、三次元モデルのＣＡＤデータの第２番目の二次元ス
ライスデータ、第３番目の二次元スライスデータ（本例
では説明を簡便にするために三次元モデルは第１番目か
ら第３番目までの３個の二次元スライスデータから成る
ものとする）に基づくスライス全体面対応粉体層３５が
順次形成されて、図３(a),(b) に示す処理手順で、前工
程で定着済みの直下の定着スライス層３８上に重ねて転
移され定着されていく。

【００５３】すなわち、図３(c) に示すように、第１番
目の定着スライス層３８−１の上に第２番目の定着スラ
イス層３８−２、この第２番目の定着スライス層３８−
２の上に第３番目の定着スライス層３８−３、というよ
うに定着スライス層３８が順次重ねて形成されていく。

【００５４】このとき、上述したように除去部発色接着
粉体層３４は弱い接着力で積層ステージ２７、造形部３
６及びサポート粉体層３２のサポート粉体Ｓに接着して
いるが、強固に形成される造形部３６は、強い接着力で
直下の造形部３６に接着している。

【００５５】これにより、図３(c) に示すように、積層
ステージ２７上においてスライス全体面対応粉体層３５
が順次積層され定着され、各スライス層の造形部３６が
一体となって完成した造形物（三次元モデル）３６ｎが
積層体３８ｎ内に形成される。

【００５６】この後、エアブロー、振動、又はトナー溶
剤などを用いて、弱い強度で結合していたサポート粉体
Ｓと除去部発色接着粉体層３４を除去することにより、
図３(d) に示すように、造形物（三次元モデル）３６ｎ
が積層ステージ２７上に完成する。

【００５７】図４(a),(b),(c),(d) は、第２の実施の形
態における三次元像生成装置によって行われる三次元像
生成の処理工程を順に説明する図（その１）である。図
５(a),(b),(c) は、上記第２の実施の形態における三次
元像生成装置によって行われる三次元像生成の処理工程
を順に説明する図（その２）である。

【００５８】図６(a),(b) は、上記第２の実施の形態に
おける三次元像生成装置によって行われる三次元像生成
の処理工程を順に説明する図（その３）である。これら
の図４乃至図６を用いて第２の実施の形態における三次
元像生成装置によって行われる三次元像生成の処理工程
を順に説明する。尚、本例における三次元像生成装置の
各部の構成は、サポート材ユニット６に収容されるサポ
ート粉体の構成と、造形物の生成工程がやや異なる点を
別にすれば、図１に示した三次元像生成装置１の各部の
構成と同一である。

【００５９】本例において、サポート材ユニット６に収
容されるサポート粉体Ｓ２は、耐熱物質からなる平均粒
径５〜１０μｍφの核を有し、この核の周囲を熱可塑性
樹脂でコーティングされて構成される。これは、例え
ば、重合方式などのトナー形成方法と同様のマイクロカ
プセル化の方法によって作成される。

【００６０】この場合も、各材料の平均粒径は、造形粉
体の粒径は５μｍ〜１００μｍφ、サポート粉体の粒径
は５μｍ〜１００μｍφ、発色接着粉体の粒径は６μｍ
〜１０μｍφの範囲であり、「造形粉体粒径≧サポート
粉体粒径＞発色接着粉体」である。尚、サポート粉体Ｓ
２の核の粒径をスライス層の高さの基準寸法とし、造形
粉体Ｚの細密充填度や熱収縮度によって、これに対応す
るように、サポート粉体Ｓ２の粒径を予め設定してお
く。

【００６１】以上の構成において、本例の三次元像生成
装置によって行われる三次元像生成の処理工程は、先
ず、図４(a) に示すように、像形成部２の造形ユニット
７により所望の造形物のスライス形状に像形成された造
形粉体Ｚの造形粉体層４１を、転写ベルト２３へ、転写
帯電器２４により静電バイアスを印加して転写する。

【００６２】次に、図４(b) に示すように、サポート材
ユニット６によりスライス形状の造形物以外の部分を像
形成したサポート粉体Ｓ２のサポート粉体層４２を、上
記同様にして転写ベルト２３に転写する。これにより造
形粉体層４１とサポート粉体層４２からなるスライス全
体面対応粉体層４３が転写ベルト２３上に形成される。

【００６３】続いて、これら転写された造形粉体層４１
及びサポート粉体層４２からなるスライス全体面対応粉
体層４３を保持して転写ベルト２３は、図４(c) に示す
ように、転写定着器２５と積層ステージ２７との対向部
に搬送して、停止する。これに続いて、転写定着器２５
が降下して、転写ベルト２３を介して上記のスライス全
体面対応粉体層４３を積層ステージ２７に熱圧着する。
これにより、図４(d) に示すように、熱可塑性樹脂であ
る造形粉体層４１の造形粉体Ｚは、溶融してスライス仮
造形部４４を形成し、サポート粉体Ｓ２は、一方では耐
熱物質である核Ｓ２−１（図４(b) 参照）がそのままの
形状を維持し、他方では熱可塑性樹脂であるコーティン
グ材Ｓ２−２のみが溶融してスライス非造形部４５を形
成し、各々積層ステージ２７に転写・定着される。

【００６４】これにより、積層ステージ２７には、第１
層目の仮定着スライス層４６が形成される。尚、サポー
ト粉体Ｓ２の核Ｓ２−１は耐熱物質であって表面エネル
ギーが低いので、自身が溶融した造形粉体Ｚに比べて、
積層ステージ２７には弱い強度で結合している。

【００６５】次に、図５(a) に示すように、図１の像形
成部２が駆動され、着色ユニット部５により、造形物の
スライス像の着色データに対応する形状の図５(a) に示
す造形部発色接着粉体層４７が各発色接着粉体Ｍ、Ｃ、
又はＹを用いて像形成され、転写ベルト２３に転写され
る。

【００６６】続いて、図５(b) に示すように、転写ベル
ト２３は、上記造形部発色接着粉体層４７を、転写定着
器２５と積層ステージ２７との対向部に搬送して、所定
の位置で停止する。この位置は、上記の造形部発色接着
粉体層４７が、先に積層ステージ２７上に仮定着されて
いるスライス仮造形部４４の所定の着色部に一致する位
置である。

【００６７】これに続いて、図５(c) に示すように、転
写定着器２５が降下して転写ベルト２３を介して上記の
造形部発色接着粉体層４７をスライス仮造形部４４に熱
圧着する。これにより、同図(b) に示した造形部発色接
着粉体層４７が熔融すると共にスライス仮造形部４４も
再溶融して双方が一体化し、スライス仮造形部４４が着
色されて、本定着されたスライス造形部４８が、本定着
スライス層４９の中に形成される。

【００６８】尚、この場合も、スライス仮造形部４４と
造形部発色接着粉体層４７は一体となって強固なスライ
ス造形部４８が形成されるが、コーティング材Ｓ２−２
が熔融しただけのスライス非造形部４５は、弱い接着力
で積層ステージ２７、スライス仮造形部４４に接着して
いるだけであり、この接着状態は将来弱い外力が加わる
だけで容易に剥離する。

【００６９】上記に続いて、上記と全く同様の処理によ
り、三次元モデルのＣＡＤデータの第２番目の二次元ス
ライスデータ、第３番目の二次元スライスデータ、第４
番目の二次元スライスデータ（本例でも説明を簡便にす
るために三次元モデルは第１番目から第４番目までの４
個だけの二次元スライスデータから成るものとする）に
基づく本定着スライス層４９が、図４(a),(b),(c),(d)
及び図５(a),(b),(c)に示す処理手順で順次形成され
て、前工程で定着済みの直下の本定着スライス層４９上
に重ねて形成されていく。

【００７０】すなわち、図６(a) に示すように、第１番
目の本定着スライス層４９−１の上に第２番目の本定着
スライス層４９−２、この第２番目の本定着スライス層
４９−２の上に第３番目の本定着スライス層４９−３、
この第３番目の本定着スライス層４９−３の上に第４番
目の本定着スライス層４９−４、というように本定着ス
ライス層４９が順次重ねて形成されていく。

【００７１】このとき、上述したようにスライス非造形
部４５は弱い接着力で積層ステージ２７又はスライス仮
造形部４４に接着しているが、スライス造形部４８が積
層されて成る三次元モデル造形部４８ｎは、各スライス
造形部４８が強い接着力で相互に接着している。

【００７２】この後、この場合も、エアブロー、振動、
又はトナー溶剤などを用いて、弱い強度で結合していた
スライス非造形部４５からなる積層部を除去することに
より、図６(b) に示すように、三次元モデル造形部４８
ｎが積層ステージ２７上に完成する。

【００７３】このように、第２の実施形態によれば、転
写と定着の工程が、仮定着と本定着の２回に分けて処理
されるので、やや長い処理時間を必要とするが、最初の
仮定着で、内部の材質は異なっても表面の材質が同一又
は類似の材質で粒子径もほぼ同一な造形粉体とサポート
粉体を転写スライス層内に配置するので、スライス造形
部が細密で複雑な形状の場合でも、互いの帯電傾向の違
いによって造形部の像が乱れるというような虞が無く、
精度の良い三次元モデル像を生成することができる。

【００７４】また、後の本定着の際に用いられる発色接
着粉体は造形部のみに使用されるので、発色接着粉体の
使用に無駄がなく経済的である。尚、上記実施の形態で
は、発色粉体としてマゼンタ、シアン、イエローの３色
についてのみ説明しているが、発色粉体はこれに限るこ
となく、例えば黒の発色粉体を更に加えるようにしても
よい。そうすれば、色彩の黒色部分の表現が鮮明になっ
て着色品位が向上する。

【００７５】また、必要に応じて、金または銀等の発色
粉体の着色ユニットを更に配置するようにしても良い。
そうすれば三次元モデル上に極彩色の華麗な表現が可能
となる。また、例えば中間色の微妙な色彩が要求される
造形物を生成する場合などには、その微妙な色彩の中間
色に対応する発色粉体を収容した着色ユニットを別に配
置するようにしてもよい。

【００７６】また、造形粉体の色を白色不透明としてい
るが、これに限ることなく、無色透明としてもよい。そ
うすれば、三次元モデルで透明部の表現も得たい場合に
好適である。例えば、自動車の本体とウィンドウ部分を
一体的に造形しようとする場合などには、造形粉体を無
色透明とすると、容易に上記のような三次元モデルを生
成することができる。

【００７７】また、造形粉体を無色透明とした場合、サ
ポート粉体のユニットのほかに、白色半透明発色粉体、
透明マゼンタ発色粉体、透明シアン発色粉体、及び透明
イエロー発色粉体（半透明黒色発色粉体を更に加えても
よい）の各着色ユニットによって三次元モデルを生成す
るようにすれば、例えばステンドグラス又は彩色された
透明ガラス花器のような三次元像を容易に作成すること
ができる。

【００７８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、三次元モデルのＣＡＤデータから作成された二次
元スライスデータに基づくスライス像を、造形粉体、サ
ポート粉体、及び発色接着粉体を用いて積層することに
より、色彩を有する立体物の造形が具体的に実現可能と
なるので、例えば簡易的なデザインモックアップなどを
早急に作成しなければいけない場合、また、設計ツール
である３次元ＣＡＤで着色されたデザインを設計してす
ぐに着色されたソリッドモデルを作製しなければならな
い場合などに対処でき、立体物の創成模索、設計、確定
までの作業能率が向上して便利である。

【００７９】また、色彩を施した状態で立体物の造形を
完成させることができるので、従来の三次元モデル作成
の際に要した着色用製版の工程が不要となり、三次元モ
デル作成の際のコストの低減、手数と時間の短縮が実現
されて便利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における三次元像生成装置の
構成を模式的に示す側断面図である。

【図２】(a),(b),(c),(d) は第１の実施の形態における
三次元像生成装置によって行われる三次元像生成の処理
工程を順に説明する図（その１）である。

【図３】(a),(b),(c),(d) は第１の実施の形態における
三次元像生成装置によって行われる三次元像生成の処理
工程を順に説明する図（その２）である。

【図４】(a),(b),(c),(d) は第２の実施の形態における
三次元像生成装置によって行われる三次元像生成の処理
工程を順に説明する図（その１）である。

【図５】(a),(b),(c) は第２の実施の形態における三次
元像生成装置によって行われる三次元像生成の処理工程
を順に説明する図（その２）である。

【図６】(a),(b) は第２の実施の形態における三次元像
生成装置によって行われる三次元像生成の処理工程を順
に説明する図（その３）である。

【符号の説明】

１ 三次元像生成装置 ２ 像形成部 ３ 転写定着部 ４ 定着積層部 ５ 着色ユニット部 ６ サポート材ユニット ７ 造形ユニット ８（８−１、８−２、８−３） 着色ユニット １１ 現像ホッパー部 １２ ドラム部 １３ 現像剤容器 Ｚ 造形粉体 Ｓ サポート粉体 Ｍ マゼンタ発色接着粉体 Ｃ シアン発色接着粉体 Ｙ イエロー発色接着粉体 １４ 現像ローラ １５ 感光体ドラム １６ クリーナ １７ 初期化帯電器 １８ 露光ヘッド ２１ 駆動ローラ ２２ 従動ローラ ２３ 転写ベルト ２４ 転写帯電器 ２５ 転写定着器 ２７ 積層ステージ ２８ 昇降機 ３０ 定着されるスライス像 ３１ 造形粉体層 ３２ サポート粉体層 ３３ 造形部発色接着粉体層 ３４ 除去部発色接着粉体層 ３５ スライス全体面対応粉体層 ３６ 造形部（スライス造形部） ３６ｎ 造形物（三次元モデル） ３７ 非造形部 ３８（３８−１、３８−２、３８−３） 定着スライス
層 ３８ｎ 積層体 ３９ 突部 Ｓ２ サポート粉体 Ｓ２−１ 核 Ｓ２−２ コーティング材 ４１ 造形粉体層 ４２ サポート粉体層 ４３ スライス全体面対応粉体層 ４４ スライス仮造形部 ４５ スライス非造形部 ４６ 仮定着スライス層 ４７ 造形部発色接着粉体層 ４８ スライス造形部 ４８ｎ 三次元モデル造形部 ４９（４９−１〜４９−４） 本定着スライス層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 櫻岡 聡 東京都羽村市栄町３丁目２番１号 カシオ 計算機株式会社羽村技術センター内 Ｆターム(参考） 2H030 AB02 AD01 AD04 BB23 BB42 BB58 2H078 BB01 CC06 DD42 DD45 DD51 DD58 EE17 EE21 EE32 FF60 4F213 AC04 WA25 WA97 WB01 WL02 WL12 WL24 WL26 WL32 WL53 WL85 WL95 4K018 BC29 CA50

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三次元モデルのＣＡＤデータから作成さ
   れた二次元スライスデータに基づき、造形部と非造形部
   とで異なる粉体を用いた２種以上の粉体からなる平面画
   像を静電写真法により作成する三次元像生成方法におい
   て、 第１の支持体上に前記平面画像の前記造形部を形成する
   ための造形粉体層を形成する工程と、 前記第１の支持体上に前記平面画像の前記非造形部を形
   成するためのサポート粉体層を形成する工程と、 前記造形粉体層上に少なくともイエロー、マゼンタ及び
   シアンの発色接着粉体のいずれかを用いて前記平面画像
   の前記造形部の発色部を形成するための造形部発色接着
   粉体層を形成すると共に前記サポート粉体層上に少なく
   とも前記イエロー、マゼンタ及びシアンの発色接着粉体
   のいずれかを用いて除去部発色接着粉体層を形成する工
   程と、 前記第１の支持体上に形成された前記造形粉体層、前記
   サポート粉体層、前記造形部発色接着粉体層、及び前記
   除去部発色接着粉体層とを一括して第２の支持体上に転
   移させる工程と、 前記第２の支持体に転移さされた前記各粉体層中の前記
   造形粉体層及び前記造形部発色接着粉体層を定着させて
   前記二次元スライスデータに基づく一層のスライス像を
   形成する工程と、 を有し、 該一層のスライス像を形成する工程を順次繰り返して前
   記三次元モデルに対応する三次元像を生成することを特
   徴とする三次元像生成方法。
2. 【請求項２】 前記定着は、熱と圧力による固結形成で
   あり、第１層のスライス像では前記第２の支持体に対し
   て非接着性又は弱接着性であり、第２層以上のスライス
   像では定着済みの直下のスライス像に対して強い接着性
   を有して形成されることを特徴とする請求項１記載の三
   次元像生成方法。
3. 【請求項３】 前記サポート粉体層を形成するサポート
   粉体は、適宜の耐熱性材料を紛体化してなることを特徴
   とする請求項１記載の三次元像生成方法。
4. 【請求項４】 三次元モデルのＣＡＤデータから作成さ
   れた二次元スライスデータに基づき、造形部と非造形部
   とで異なる粉体を用いた２種以上の粉体からなる平面画
   像を静電写真法により作成する三次元像生成方法におい
   て、 第１の支持体上に前記平面画像の造形部を形成するため
   の造形粉体層を形成する工程と、 前記第１の支持体上に前記平面画像の非造形部を形成す
   るためのサポート粉体層を形成する工程と、 前記第１の支持体上に形成された前記造形粉体層および
   前記サポート粉体層を第２の支持体上に転移させる工程
   と、 前記第２の支持体に転移させた前記各粉体層中の前記造
   形粉体層を仮定着させて一層のスライス像を仮形成する
   工程と、 前記第１の支持体上に少なくともイエロー、マゼンタ及
   びシアンの発色接着粉体のいずれかを用いて前記平面画
   像の前記造形部の発色部を形成するための造形部発色接
   着粉体層を形成する工程と、 形成された該造形部発色接着粉体層を前記第２の支持体
   上に仮形成されている前記スライス像の前記造形粉体層
   上の前記発色部の前記造形部発色接着粉体層に対応する
   位置に重ねて転移させる工程と、 前記第２の支持体の仮形成されている前記スライス像と
   該スライス層上に重ねて転写された前記造形部発色接着
   粉体層とを本定着させて前記二次元スライスデータに基
   づく一層のスライス像を形成する工程と、 を有し、 該一層のスライス像を形成する工程を順次繰り返して前
   記三次元モデルに対応する三次元像を生成することを特
   徴とする三次元像生成方法。
5. 【請求項５】 前記仮定着及び前記本定着はそれぞれ熱
   と圧力による固結形成であり、前記本定着は第１層のス
   ライス像では前記第２の支持体に対して非接着性又は弱
   接着性であり第２層以上のスライス像では本定着済みの
   直下のスライス像に対して強い接着性を有して形成され
   ることを特徴とする請求項４記載の三次元像生成方法。
6. 【請求項６】 前記サポート粉体層を形成するサポート
   粉体は、耐熱性材料からなる粒子の表面を熱可塑性樹脂
   で被覆してなる粒子により構成されることを特徴とする
   請求項４記載の三次元像生成方法。
7. 【請求項７】 前記造形粉体層を形成する造形粉体は、
   熱可塑性樹脂を無色透明化もしくは白色半透明化又は白
   色不透明化し且つ紛体化してなることを特徴とする請求
   項１又は４記載の三次元像生成方法。
8. 【請求項８】 前記発色接着粉体層を形成する発色接着
   粉体は、熱可塑性樹脂を所望の色に着色し且つ紛体化し
   てなることを特徴とする請求項１又は４記載の三次元像
   生成方法。
9. 【請求項９】 三次元モデルのＣＡＤデータから作成さ
   れた二次元スライスデータに基づき、造形部と非造形部
   とで異なる粉体を用いた２種以上の粉体からなる平面画
   像を静電写真法により作成する三次元像生成装置におい
   て、 第１の支持体と、 第２の支持体と、 前記第１の支持体上に前記平面画像の造形部を形成する
   ための造形粉体層を形成する造形粉体層形成手段と、 前記第１の支持体上に前記平面画像の非造形部を形成す
   るためのサポート粉体を形成するサポート粉体層形成手
   段と、 前記第１の支持体上又は前記造形粉層上又は前記サポー
   ト粉体層上に少なくともイエロー、マゼンタ及びシアン
   の発色接着粉体による所定の粉体層を形成する発色接着
   粉体層形成手段と、 前記第１の支持体上に形成された前記造形粉体層、前記
   サポート粉体層、又は前記発色接着粉体層を前記第２の
   支持体上の所定の位置に転移させる粉体層転移手段と、 前記第２の支持体上に転移された各粉体層のなかの前記
   造形粉体層及び該造形粉体層に関わる前記発色接着粉体
   層を定着して前記二次元スライスデータに基づく一層の
   スライス像を形成するスライス像形成手段と、 前記三次元モデルに対応する三次元像を生成すべく前記
   スライス像を順次積層するスライス像積層手段と、 を備えたことを特徴とする三次元像生成装置。