(57)【要約】【課題】立体物を見る視認方向による色の濃さの違いをわかり難くする。【解決手段】立体物の造形データを生成し、造形データから、造形用インクを用いたドットの積み重ねにより造形を行なう領域を決定し、造形データから、積み重ねられた造形用インクによるドットの集合の表面に着色用インクを吐出して着色を行なう着色領域を、立体物の表面の法線方向における深さの相違を抑制するように決定し、造形用インクを吐出するための造形用インク吐出データと、着色用インクを吐出するための着色用インク吐出データを生成し、各インクの吐出データに従って造形用インクと着色用インクをそれぞれ吐出して立体物の造形および着色を行う。【選択図】図４
2018164986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出された後に固化して立体的なドットとして立体物の一部となるインクを用いる立体物造形装置であって、
前記インクのうち、前記立体物の造形に用いられる造形用インクを吐出する第１ノズルと、
前記インクのうち、前記立体物の造形及び着色に用いられる着色用インクを吐出する第２ノズルと、
前記立体物の造形データを生成するモデルデータ生成部と、
前記造形データから、前記第１ノズルから吐出される前記造形用インクを用いた前記ドットの積み重ねにより造形を行なう領域を決定する造形領域決定部と、
前記造形データから、前記積み重ねられた前記造形用インクによるドットの集合の表面に前記第２ノズルを用いて前記着色用インクを吐出して着色を行なう着色領域を、前記立体物の表面の法線方向における深さの相違を抑制するように決定する着色領域決定部と、
前記造形用インクを吐出するための造形用インク吐出データと、前記着色用インクを吐出するための着色用インク吐出データを生成する吐出データ生成部と、
前記各インクの吐出データに従って前記第１、第２ノズルから前記造形用インクと前記着色用インクをそれぞれ吐出させる処理を行う処理制御部と、
を備える、立体物造形装置。
【請求項２】
前記着色領域決定部は、前記着色領域の表面からの深さのバラツキを一定とする、請求項１に記載の立体物造形装置。
【請求項３】
前記吐出データ生成部は、前記着色用インクが固化した後の前記ドットの三次元形状に基づいて、前記着色領域に吐出される前記着色用インクの縦、横、高さ方向のドット数を特定し、層毎に吐出すべき前記着色用インクの吐出データを生成する、請求項１または２に記載の立体物造形装置。
【請求項４】
前記着色領域決定部は、前記着色領域の前記表面からの深さを、前記着色用インクを用いて形成される前記ドットのドットサイズの縦、横、高さを整数比で近似した場合の前記整数比の各項の大きさに反比例したドット数として決定する、請求項３に記載の立体物造形装置。
【請求項５】
前記着色領域決定部は、前記ドット数を、前記整数比の各項の最小公倍数を前記整数比の各項で除した値に従って定める、請求項４に記載の立体物造形装置。
【請求項６】
立体物の造形データを生成し、
前記造形データから、造形用インクを用いたドットの積み重ねにより造形を行なう領域を決定し、
前記造形データから、前記積み重ねられた前記造形用インクによるドットの集合の表面に着色用インクを吐出して着色を行なう着色領域を、前記立体物の表面の法線方向における深さの相違を抑制するように決定し、
前記造形用インクを吐出するための造形用インク吐出データと、前記着色用インクを吐出するための着色用インク吐出データを生成し、
前記各インクの吐出データに従って前記造形用インクと前記着色用インクをそれぞれ吐出して前記立体物の造形および着色を行う、
立体物造形方法。
【請求項７】
前記着色領域の表面からの深さのバラツキを一定とする、請求項６に記載の立体物造形方法。
【請求項８】
前記着色用インク吐出データの生成において、
前記着色用インクが固化した後の前記ドットの三次元形状に基づいて、前記着色領域に吐出される前記着色用インクの縦、横、高さ方向のドット数を特定し、
層毎に吐出すべき前記着色用インクの吐出データを生成する、
請求項６または７に記載の立体物造形方法。
【請求項９】
前記着色領域の前記表面からの深さを、前記着色用インクを用いて形成される前記ドットのドットサイズの縦、横、高さを整数比で近似した場合の前記整数比の各項の大きさに反比例したドット数として決定する、請求項６から８のいずれか一項に記載の立体物造形方法。
【請求項１０】
前記ドット数を、前記整数比の各項の最小公倍数を前記整数比の各項で除した値に従って定める、請求項９に記載の立体物造形方法。
【請求項１１】
立体物の造形データを生成する機能と、
前記造形データから、造形用インクを用いたドットの積み重ねにより造形を行なう領域を決定する機能と、
前記造形データから、前記積み重ねられた前記造形用インクによるドットの集合の表面に着色用インクを吐出して着色を行なう着色領域を、前記立体物の表面の法線方向における深さの相違を抑制するように決定する機能と、
前記造形用インクを吐出するための造形用インク吐出データと、前記着色用インクを吐出するための着色用インク吐出データを生成する機能と、
前記各インクの吐出データに従って前記造形用インクと前記着色用インクをそれぞれ吐出して前記立体物の造形および着色を行う機能と、
をコンピューターに実現させる立体物造形装置の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体物の造形技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体物造形装置として、３Ｄ（三次元）プリンターが知られている。特許文献１に記載の３Ｄ（三次元）プリンターは、インクを吐出し、吐出したインクにより形成されるドットにより層状の造形体を形成し、層状の造形体を積層することで、立体物を造形する。立体物の表面には、着色用インクにより形成されるインク層が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−９３９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
３Ｄプリンターでは、インク層を形成するドットの形状が必ずしも立方形状ではないため、同じインク量であっても、立体物を見る視認方向により、色の濃さの相違が大きくなる場合があるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも１つを解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、吐出された後に固化して立体的なドットとして立体物の一部となるインクを用いる立体物造形装置が提供される。この立体物造形装置は、前記インクのうち、前記立体物の造形に用いられる造形用インクを吐出する第１ノズルと、前記インクのうち、前記立体物の造形及び着色に用いられる着色用インクを吐出する第２ノズルと、前記立体物の造形データを生成するモデルデータ生成部と、前記造形データから、前記第１ノズルから吐出される前記造形用インクを用いた前記ドットの積み重ねにより造形を行なう領域を決定する造形領域決定部と、前記造形データから、前記積み重ねられた前記造形用インクによるドットの集合の表面に前記第２ノズルを用いて前記着色用インクを吐出して着色を行なう着色領域を、前記立体物の表面の法線方向における深さの相違を抑制するように決定する着色領域決定部と、前記造形用インクを吐出するための造形用インク吐出データと、前記着色用インクを吐出するための着色用インク吐出データを生成する吐出データ生成部と、前記各インクの吐出データに従って前記第１、第２ノズルから前記造形用インクと前記着色用インクをそれぞれ吐出させる処理を行う処理制御部と、を備える。
この形態によれば、着色用インクを吐出して着色を行なう着色領域を、立体物の表面の法線方向における深さの相違を抑制するように決定するので、立体物を見る視認方向が異なっても、色の濃さのバラツキを抑制できる。
【０００７】
（２）上記形態において、前記着色領域決定部は、前記着色領域の表面からの深さのバラツキを一定としてもよい。着色領域の表面からの深さのバラツキが一定であれば、立体物の表面の法線方向における深さの相違を抑制できる。
【０００８】
（３）上記形態において、前記吐出データ生成部は、前記着色用インクが固化した後の前記ドットの三次元形状に基づいて、前記着色領域に吐出される前記着色用インクの縦、横、高さ方向のドット数を特定し、層毎に吐出すべき前記着色用インクの吐出データを生成してもよい。
この形態によれば、着色用インクの縦、横、高さ方向のドット数で、着色領域の表面からの深さを決定できるので、着色領域の決定が容易である。
【０００９】
（４）上記形態において、前記着色領域決定部は、前記着色領域の前記表面からの深さを、前記着色用インクを用いて形成される前記ドットのドットサイズの縦、横、高さを整数比で近似した場合の前記整数比の各項の大きさに反比例したドット数として決定してもよい。
この形態によれば、着色領域決定部は、着色領域の表面からの深さを、着色用インクを用いて形成されるドットのドットサイズの縦、横、高さを整数比で近似した場合の整数比の各項の大きさに反比例したドット数として決定するので、ドットの形状にかかわらず着色領域の表面からの深さを一定に近づけられる。
【００１０】
（５）上記形態において、前記着色領域決定部は、前記ドット数を、前記整数比の各項の最小公倍数を前記整数比の各項で除した値に従って定めてもよい。
この形態によれば、着色領域決定部は、着色領域の表面からの深さに対応するドット数を容易に算出できる。
【００１１】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、立体物造形装置の他、立体物造形方法、立体物造形装置の制御プログラム様々な形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】立体物造形システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図２】立体物造形装置の内部構造の概略を示す斜視図である。
【図３】記録ヘッドを示す説明図である。
【図４】ホストコンピューターのＣＰＵが実行するインク吐出データの生成フローチャートである。
【図５】立体物をｘｙ平面で切ったときの立体物の一部を示す説明図である。
【図６】立体物をｘｚ平面で切ったときの断面の一部を示す説明図である。
【図７】図４のステップＳ１１０において着色領域決定部が透明層、着色層、遮蔽層、造形層を決定する場合の処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】立体物造形装置が実行する造形処理を示すフローチャートである。
【図９】造形された立体物の一例を示す説明図である。
【図１０】透明層、着色層、遮蔽層の縦、横、高さ方向のドット数の決定フローチャートである。
【図１１】立体物をｘｚ平面で切った時の断面の一部を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。ただし、各図において、各部の寸法及び縮尺は、実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１４】
本実施形態では、立体物造形装置として、樹脂エマルジョンを含むレジンインクや、紫外線硬化型インク等の、硬化性インク（「液体」の一例）を吐出して立体物Ｏｂｊを造形する、インクジェット式の立体物造形装置を例示して説明する。
【００１５】
図１は、立体物造形システム１００の構成を示す機能ブロック図である。図１に示すように、立体物造形システム１００は、立体物を造形するためのデータを生成するホストコンピューター９０と、立体物を造形する立体物造形装置１０と、を備える。立体物造形装置１０は、インクを吐出し、吐出したインクを固化させることにより形成されるドットにより所定の厚さの層状の造形体を形成し、造形体を積層することで立体物Ｏｂｊを造形する造形処理を実行する。ホストコンピューター９０は、立体物造形装置１０が造形する立体物Ｏｂｊを構成する複数の造形体の各々の形状及び色彩を定める造形データＦＤを生成するデータ生成処理を実行する。
【００１６】
図１に示すように、ホストコンピューター９０は、ホストコンピューター９０の各部の動作を制御するＣＰＵ（図示省略）と、ディスプレイ等の表示部（図示省略）と、キーボードやマウス等の操作部９１と、ホストコンピューター９０の制御プログラム、立体物造形装置１０のドライバープログラム、及び、ＣＡＤ（computer aided design）ソフト等のアプリケーションプログラムを記憶する情報記憶部（図示省略）と、モデルデータＤａｔを生成するモデルデータ生成部９２と、モデルデータＤａｔに基づいて造形データＦＤを生成するデータ生成処理を実行する造形データ生成部９３と、を備える。
【００１７】
ここで、モデルデータＤａｔとは、立体物造形装置１０が造形すべき立体物Ｏｂｊを表すモデルの形状及び色彩を示すデータであり、立体物Ｏｂｊの形状及び色彩を指定するためのデータである。なお、以下において、立体物Ｏｂｊの色彩には、立体物Ｏｂｊに複数色が付される場合における当該複数色の付され方、すなわち、立体物Ｏｂｊに付される複数色により表される模様、文字、その他の画像も含むこととする。
【００１８】
モデルデータ生成部９２は、ホストコンピューター９０のＣＰＵが情報記憶部に記憶されているアプリケーションプログラムを実行することにより実現される機能ブロックである。このモデルデータ生成部９２は、例えばＣＡＤアプリケーションであり、立体物造形システム１００の利用者が操作部９１を操作して入力した情報等に基づいて、立体物Ｏｂｊの形状及び色彩を指定するモデルデータＤａｔを生成する。
【００１９】
なお、本実施形態では、モデルデータＤａｔが、立体物Ｏｂｊの外部形状と表面の色彩を指定する場合を想定する。換言すれば、モデルデータＤａｔが、立体物Ｏｂｊを中空の物体であると仮定した場合の当該中空の物体の形状、すなわち、立体物Ｏｂｊの輪郭の形状を指定するデータである場合を想定する。例えば、立体物Ｏｂｊが球体である場合には、モデルデータＤａｔは当該球体の輪郭である球面の形状を示す。但し、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、モデルデータＤａｔは、少なくとも立体物Ｏｂｊの外部形状を特定可能な情報を含むものであればよい。例えば、モデルデータＤａｔは、立体物Ｏｂｊの外部形状や色彩に加えて、立体物Ｏｂｊの内部の形状や材料等を指定するものであってもよい。モデルデータＤａｔとしては、例えば、ＡＭＦ（Additive Manufacturing File Format）、または、ＳＴＬ（Standard Triangulated Language）等のデータ形式を例示することができる。
【００２０】
造形データ生成部９３は、ホストコンピューター９０のＣＰＵが情報記憶部に記憶されている立体物造形装置１０のドライバープログラムを実行することにより実現される機能ブロックである。造形データ生成部９３は、造形領域決定部であり、モデルデータ生成部９２が生成するモデルデータＤａｔに基づいて、立体物造形装置１０が形成する造形体の形状及び色彩を定める造形データＦＤを生成するデータ生成処理を実行する。
【００２１】
なお、以下では、立体物Ｏｂｊが、Ｑ個の層状の造形体を積層させることで造形される場合を想定する（Ｑは、Ｑ≧２を満たす自然数）。また、以下では、立体物造形装置１０が造形体を形成する処理を積層処理と称する。すなわち、立体物造形装置１０が立体物Ｏｂｊを造形する造形処理は、Ｑ回の積層処理を含む。
【００２２】
造形データ生成部９３は、所定の厚さを有するＱ個の造形体の形状及び色彩を定めるＱ個の造形データＦＤを生成するために、まず、モデルデータＤａｔの示す三次元の形状を所定の厚さＬｚ毎にスライスすることで、各造形体と１対１に対応する断面モデルデータを生成する。ここで、断面モデルデータとは、モデルデータＤａｔの示す三次元の形状をスライスして得られる断面体の形状及び色彩を示すデータである。但し、断面モデルデータは、モデルデータＤａｔの示す三次元の形状をスライスしたときの断面の形状及び色彩を含むデータであればよい。厚さＬｚは、インクの固化により形成されるドットの高さ方向の大きさに対応している。
【００２３】
次に、造形データ生成部９３は、断面モデルデータの示す形状及び色彩に対応する造形体を形成するために、立体物造形装置１０が形成すべきドットの配置を決定し、決定結果を、造形データとして出力する。つまり、造形データＦＤは、断面モデルデータの示す形状及び色彩を格子状に細分化することで、断面モデルデータの示す形状及び色彩をドットの集合として表した場合に、複数のドットの各々を形成するためのインクの種別を指定するデータである。ドットの大きさを示すデータを含んでいても良い。ここで、ドットとは、１回の吐出によるインクが固化されて形成される立体的なものである。本実施形態では、便宜上、ドットは、直方体または立方体であり、所定の厚さＬｚを有し、所定体積を有する直方体または立方体としている。また、本実施形態において、ドットの体積及びサイズは、インクを吐出するノズルのピッチ、インクの吐出間隔、インクの粘度等により定められる。
【００２４】
造形データ生成部９３は、着色領域決定部９４と、吐出データ生成部９５とを備える。着色領域決定部９４は、立体物造形装置１０が形成すべきドットのうち、着色用インクで形成されるドットが配置される領域を決定する。着色領域決定部９４は、造形用インクによるドットの集合の表面に着色用インクを吐出して着色を行なう着色領域を、立体物Ｏｂｊの表面の法線方向における深さの相違を抑制するように決定する。例えば、着色領域の表面からの深さのバラツキを一定とする。どのように着色領域を決定するかについては、後述する。
【００２５】
吐出データ生成部９５は、造形データである、造形用インクを吐出するための造形用インク吐出データと、着色用インクを吐出するための着色用インク吐出データとを生成する。
【００２６】
上述のとおり、本実施形態に係るモデルデータＤａｔは、立体物Ｏｂｊの外部形状（輪郭の形状）を指定する。このため、モデルデータＤａｔの示す形状を有する立体物Ｏｂｊを忠実に造形した場合、立体物Ｏｂｊの形状は、厚みを有さない輪郭だけの中空形状となる。しかし、立体物Ｏｂｊを造形する場合には、立体物Ｏｂｊの強度等を考慮して、立体物Ｏｂｊの内部の形状を決定することが好ましい。具体的には、立体物Ｏｂｊを造形する場合には、立体物Ｏｂｊの内部の一部または全部が中実構造であることが好ましい。このため、本実施形態に係る造形データ生成部９３は、モデルデータＤａｔの指定する形状が中空形状であるか否かに関わらず、立体物Ｏｂｊの内部の一部または全部が中実構造となるような造形データＦＤを生成する。
【００２７】
なお、立体物Ｏｂｊの形状によっては、ｎ層目のドットの下側の層であるｎ−１層目にドットが存在しない場合がある。このような場合、ｎ層目のドットを形成しようとしても、当該ドットが下側に落下してしまう可能性がある。よって、「ｑ≧２」である場合、造形体を構成するためのドットを本来形成されるべき位置にドットを形成するためには、当該ドットの下側に、当該ドットを支持するための支持部を設ける必要がある。本実施形態では、支持部は、立体物Ｏｂｊと同様に固化したインクであるドットによって形成される。そこで、本実施形態では、造形データＦＤが、立体物Ｏｂｊの他に、立体物Ｏｂｊを造形する際に必要となる支持部を形成するドットを形成するためのデータを含むこととする。つまり、本実施形態において、造形体には、立体物Ｏｂｊのうちｑ回目の積層処理で形成すべき部分と、支持部のうちｑ回目の積層処理で形成すべき部分と、の双方が含まれる。換言すれば、造形データＦＤは、立体物Ｏｂｊのうち造形体として形成される部分の形状及び色彩をドットの集合として表したデータと、支持部のうち造形体として形成される部分の形状をドットの集合として表したデータと、を含む。本実施形態に係る造形データ生成部９３は、断面モデルデータまたはモデルデータＤａｔに基づいて、ドットの形成のために支持部を設ける必要があるか否かを判定する。そして、造形データ生成部９３は、当該判定の結果が肯定である場合には、立体物Ｏｂｊの他に支持部が設けられるような造形データＦＤを生成する。なお、支持部は、立体物Ｏｂｊの造形後に容易に除去することのできる材料、例えば、水溶性のインクで構成されることが好ましい。この支持部に用いられるドットを形成するためのインクを「サポートインク」と呼ぶ。
【００２８】
図２は、立体物造形装置１０の内部構造の概略を示す斜視図である。以下、図２に加えて図１も参照しながら説明する。図１及び図２に示すように、立体物造形装置１０は、筐体４０と、造形台４５と、立体物造形装置１０の各部の動作を制御する処理制御部１５（「造形制御部」の一例）と、ヘッドユニット１３と、硬化ユニット６１と、キャリッジ４１と、位置変化機構１７と、立体物造形装置１０の制御プログラムやその他の各種情報を記憶する記憶部１６と、を備える。キャリッジ４１は、ヘッドユニット１３及び６個のインクカートリッジ４８を搭載する。ヘッドユニット１３は、ノズル列３３〜３８を具備する記録ヘッド３０を備えており、ノズル３３〜３８から造形台４５に向かってインクの液滴ＬＱを吐出する。硬化ユニット６１は、造形台４５の上に吐出されたインクを硬化させるためのものである。位置変化機構１７は、筐体４０に対するキャリッジ４１、造形台４５、及び、硬化ユニット６１の位置を変化させる。なお、処理制御部１５及び造形データ生成部９３は、立体物造形システム１００の各部の動作を制御するシステム制御部として機能する。
【００２９】
硬化ユニット６１は、造形台４５の上に吐出されたインクを硬化させるための構成要素であり、例えば、紫外線硬化型インクに対して紫外線を照射するための光源や、レジンインクを加熱するための加熱器等を例示することができる。硬化ユニット６１が紫外線の光源である場合、硬化ユニット６１は、例えば造形台４５の上側（＋Ｚ方向）に設けられ、一方、硬化ユニット６１が過熱器である場合、硬化ユニット６１は、例えば造形台４５の内部または造形台４５の下側に設けられればよい。以下では、硬化ユニット６１が紫外線の光源である場合を想定し、硬化ユニット６１が造形台４５の＋Ｚ方向に位置する場合を想定して説明する。
【００３０】
６個のインクカートリッジ４８は、立体物Ｏｂｊを造形するための５色の造形用インクと、支持部を形成するための支持用インク（サポートインク）と、の合計６種類のインクと１対１に対応して設けられたものである。各インクカートリッジ４８には、当該インクカートリッジ４８に対応する種類のインクが充填されている。立体物Ｏｂｊを造形するための５色の造形用インクには、有彩色の色材成分を有する有彩色インク（「着色用インク」とも呼ぶ。）と、無彩色の色材成分を有する無彩色インクと、有彩色インク及び無彩色インクと比較して単位重量または単位体積あたりの色材成分の含有量が少ないクリアー（ＣＬ）インクと、が含まれる。本実施形態では、有彩色インクとして、シアン（ＣＹ）、マゼンタ（ＭＧ）、及び、イエロー（ＹＬ）の３色のインクを採用する。また、本実施形態では、無彩色インクとして、ホワイト（ＷＴ）のインクを採用する。本実施形態に係るホワイトインクとは、可視光の波長領域（概ね、４００ｎｍ〜７００ｎｍ）に属する波長を有する光がホワイトインクに照射された場合において、当該照射された光のうち、所定の割合以上の光を反射するインクである。なお、「所定の割合以上の光を反射する」とは、「所定の割合未満の光を吸収または透過する」ことと同義であり、例えば、ホワイトインクに照射される光の光量に対する、ホワイトインクで反射される光の光量の比率が、所定の割合以上である場合が該当する。本実施形態において、「所定の割合」とは、例えば、３０％以上で且つ１００％以下の任意の割合であればよく、好ましくは、５０％以上の任意の割合、より好ましくは、８０％以上の任意の割合である。また、本実施形態において、クリアインクは、有彩色インク及び無彩色インクと比較して、色材成分の含有量が少なく透明度の高いインクである。
【００３１】
なお、各インクカートリッジ４８は、キャリッジ４１に搭載される代わりに、立体物造形装置１０の別の場所に設けられるものであってもよい。
【００３２】
図１及び図２に示すように、位置変化機構１７は、昇降機構駆動モーター７１と、キャリッジ駆動モーター７２，７３と、硬化ユニット駆動モーター７４と、モータードライバー７５〜７８を備える。昇降機構駆動モーター７１は、処理制御部１５からの指示を受けて、造形台４５を＋Ｚ方向及び−Ｚ方向（以下、＋Ｚ方向及び−Ｚ方向を「Ｚ軸方向」と総称する場合がある）に昇降させる造形台昇降機構７９ａを駆動する。キャリッジ駆動モーター７２は、処理制御部１５からの指示を受けて、キャリッジ４１をガイド７９ｂに沿って＋Ｙ方向及び−Ｙ方向（以下、＋Ｙ方向及び−Ｙ方向を「Ｙ軸方向」と総称する場合がある）に移動させる。キャリッジ駆動モーター７３は、処理制御部１５からの指示を受けて、キャリッジ４１をガイド７９ｃに沿って＋Ｘ方向及び−Ｘ方向（以下、＋Ｘ方向及び−Ｘ方向を「Ｘ軸方向」と総称する場合がある）に移動させる。硬化ユニット駆動モーター７４は、処理制御部１５からの指示を受けて、硬化ユニット６１をガイド７９ｄに沿って＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に移動させる。モータードライバー７５は、昇降機構駆動モーター７１を駆動し、モータードライバー７６、７７は、キャリッジ駆動モーター７２，７３を駆動し、モータードライバー７８は、硬化ユニット駆動モーター７４を駆動する。
【００３３】
ヘッドユニット１３は、記録ヘッド３０と、駆動信号生成部３１を備える。駆動信号生成部３１は、処理制御部１５からの指示を受けて、記録ヘッド３０を駆動させるための駆動波形信号及び波形指定信号を含む各種信号を生成させ、これら生成した信号を記録ヘッド３０に出力する。駆動信号生成部３１や、駆動波形信号については、説明を省略する。
【００３４】
図３は、記録ヘッド３０を示す説明図である。記録ヘッド３０は、６個のノズル列３３〜３８を備える。各ノズル列３３〜３８は、ピッチＬｘの間隔で設けられた複数のノズルＮｚを備える。ノズル列３３〜３５は着色用インクである有彩色インク（シアン、マゼンタ、イエロー）を吐出するノズルＮｚを有する。ノズル列３６は、無彩色インクであるホワイトのインク（「ホワイトインク」とも呼ぶ。）を吐出するノズルＮｚを有する。ノズル列３７は、クリアインクを吐出するノズルＮｚを有する。ノズル列３８は、サポートインクを吐出するノズルＮｚを有する。ここで、造形用インクとしては、サポートインクを除いた他のインクが全て用いられ、着色用インクとしては、有彩色インクとホワイトインクが用いられる。したがって、造形用インクを吐出する第１ノズルには、ノズル列３３〜３７のノズルＮｚが含まれ、着色用インクを吐出する第２ノズルには、ノズル列３３〜３６のノズルＮｚが含まれる。
【００３５】
なお、本実施形態では、図３に示すように、各ノズル列３３〜３８のノズルＮｚがＸ軸方向に一列に整列するように配置される場合を例示しているが、例えば、各ノズル列３３〜３８を構成する複数のノズルＮｚのうち一部のノズルＮｚ（例えば、偶数番目のノズルＮ）と、その他のノズルＮｚ（例えば、奇数番目のノズルＮｚ）とのＹ軸方向の位置が異なる、所謂千鳥状に配列されるものであってもよい。また、各ノズル列３３〜３８において、ノズルＮｚ間の間隔（ピッチＬｘ）は、印刷解像度（ｄｐｉ：dot per inch）に応じて適宜設定され得る。
【００３６】
処理制御部１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等を含んで構成され、当該ＣＰＵ等が記憶部１６に記憶されている制御プログラムに従って動作することで、立体物造形装置１０の各部の動作を制御する。記憶部１６は、ホストコンピューター９０から供給される造形データＦＤを格納する不揮発性半導体メモリーの一種であるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）と、立体物Ｏｂｊを造形する造形処理等の各種処理を実行する際に必要なデータを一時的に格納し、あるいは造形処理等の各種処理が実行されるように立体物造形装置１０の各部を制御するための制御プログラムを一時的に展開するＲＡＭ（Random Access Memory）と、制御プログラムを格納する不揮発性半導体メモリーの一種であるＰＲＯＭと、を備える。
【００３７】
処理制御部１５は、ホストコンピューター９０から供給される造形データＦＤに基づいて、ヘッドユニット１３及び位置変化機構１７の動作を制御することにより、造形台４５上にモデルデータＤａｔに応じた立体物Ｏｂｊを造形する造形処理の実行を制御する。具体的には、処理制御部１５は、まず、ホストコンピューター９０から供給される造形データＦＤを記憶部１６に格納する。次に、処理制御部１５は、造形データＦＤ等の記憶部１６に格納されている各種データに基づいて、ヘッドユニット１３の駆動信号生成部３１を制御して記録ヘッド３０を駆動させるための駆動波形信号及び波形指定信号を含む各種信号を生成させ、これら生成した信号を記録ヘッド３０へ出力させる。また、処理制御部１５は、造形データＦＤ等の記憶部１６に格納されている各種データに基づいて、モータードライバー７５〜７８の動作を制御するための各種信号を生成し、これら生成した信号をモータードライバー７５〜７８に出力し、造形台４５に対するヘッドユニット１３の相対位置を制御する。
【００３８】
このように、処理制御部１５は、モータードライバー７５、７６、及び、７７の制御を介して、造形台４５に対するヘッドユニット１３の相対位置を制御し、モータードライバー７５、及び、７８の制御を介して、造形台４５に対する硬化ユニット６１の相対位置を制御する。また、処理制御部１５は、ヘッドユニット１３の制御を介して、ノズルＮｚからのインクの吐出の有無、インクの吐出量、及び、インクの吐出タイミング等を制御する。これにより、処理制御部１５は、造形台４５上に吐出されたインクにより形成されるドットサイズ及びドット配置を調整しつつ造形台４５上にドットを形成し、造形台４５上に形成されたドットを硬化させて造形体を形成する積層処理の実行を制御する。更に、処理制御部１５は、積層処理を繰り返し実行することで、既に形成された造形体の上に新たな造形体を積層することで、モデルデータＤａｔに対応する立体物Ｏｂｊを形成する造形処理の実行を制御する。
【００３９】
図４は、ホストコンピューター９０のＣＰＵが実行するインク吐出データの生成フローチャートである。この処理は、ホストコンピューター９０のモデルデータ生成部９２によってモデルデータＤａｔが作成された後で、造形データ生成部９３に相当するＣＰＵにより実行される。この処理が開始されると、ステップＳ１００で、造形データ生成部９３は、モデルデータＤａｔから断面モデルデータを生成する。ステップＳ１００に続くステップＳ１１０では、着色領域決定部９４は、着色領域を決定する。具体的には、各層を構成するドットＤＴのうち、どのドットＤＴを着色用インクで構成するかを決定する。なお、着色領域決定部９４は、着色領域だけで無く、透明層、遮蔽層、造形層も決定する。
【００４０】
図５は、立体物Ｏｂｊをｘｙ平面で切ったときの立体物Ｏｂｊの一部を示す説明図である。図６は、立体物Ｏｂｊをｘｚ平面で切ったときの断面の一部を示す説明図である。造形データ生成部９３は、立体物Ｏｂｊの形状を、縦、横、高さが、Ｌｙ、Ｌｘ、Ｌｚの３次元形状を有するドットＤＴの集合体の形状として構成する。本実施形態では、Ｌｙ：Ｌｘ：Ｌｚは、１：１：２である。ここで、Ｌｘは、ドットＤＴのｘ方向の大きさであり、ノズルＮｚのピッチに等しい。Ｌｙは、ドットＤＴのｙ方向の大きさであり、インクの吐出間隔に応じた記録ヘッド３０の移動長さに等しい。Ｌｚは、ドットＤＴのｚ方向の大きさに等しい。Ｌｚは、ドットを形成するインクの粘度や量により決まる。各層の断面モデルデータは、例えば、ｘ方向、ｙ方向の二次元に配置されたドットＤＴの集合として構成される。なお、各ドットＤＴは、後述する透明層、着色層（着色領域）、遮蔽層、造形層のいずれかを形成する。
【００４１】
立体物Ｏｂｊは、中心に造形層がある。造形層は、立体物Ｏｂｊの主たる形状を形成する層である。造形層は、サポートインク以外のインクであれば、どのインクを用いて形成されても良い。造形層の表面には、遮蔽層が形成される。遮蔽層は、造形層の色が見えないように遮蔽するための層であり、ホワイトインクで形成される。遮蔽層の厚さは、Ｌ３である。遮蔽層の表面には、着色層が形成される。着色層は、着色領域であり、立体物Ｏｂｊに色を付ける。着色層は、有彩色インクとホワイトインクで形成される。ここで、有彩色インクの階調が低い場合、有彩色インクが打たれない領域が生じる場合が有り得る。有彩色インクも形状を構成するインクであるため、有彩色インクが打たれない領域は、形状欠損が生じるおそれがある。ホワイトインクは、その有彩色インクを打たない領域を埋めて形状欠損の発生を抑制する。なお、ホワイトインクの代わりにクリアインクを用いても良い。着色層の厚さは、Ｌ２である。透明層は、着色層を保護するための層であり、透明なインクであるクリアインクにより形成される。透明層の厚さは。Ｌ１である。なお、透明層は無くても良い。
【００４２】
図７は、図４のステップＳ１１０において着色領域決定部９４が透明層、着色層、遮蔽層、造形層を決定する場合の処理の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１２０では、着色領域決定部９４は、各層の各ボクセルの立体物Ｏｂｊの全体での位置を特定する。各ボクセルの位置は、１つのボクセルを基準ボクセルとして、その基準ボクセルからそれぞれｘ方向、ｙ方向、ｚ方向に何ボクセル移動したボクセルか、として特定できる。次のステップＳ１３０では、着色領域決定部９４は、各ボクセルが透明層、着色層、遮蔽層、造形層のいずれに該当するか、を決定する。具体的には、着色領域決定部９４は、透明層、着色層（着色領域）、遮蔽層、造形層の順番に決定していく。ステップＳ１３２では、着色領域決定部９４は、最外のボクセルを含めて内側に長さＬ１の領域、具体的には、ｘ，ｙ方向では、４個、ｚ方向では、２個のボクセルを、透明層を形成するボクセルとする。ｚ方向のボクセルの数が半分なのは、Ｌｘ：Ｌｙ：Ｌｚ＝１：１：２であり、ボクセルのｚ方向の大きさＬｚが、ボクセルのｘ方向の大きさＬｘや、ｙ方向の大きさＬｙの２倍の大きさであるからである。次いで、ステップＳ１３４では、着色領域決定部９４は、透明層より内側に長さＬ２の領域、具体的には、ｘ，ｙ方向では、４個、ｚ方向では、２個のボクセルを、着色層を形成するボクセルとする。次いで、ステップＳ１３６では、着色領域決定部９４は、着色層より内側に長さＬ２の領域、具体的には、ｘ，ｙ方向では、２個、ｚ方向では、１個のボクセルを、遮蔽層を形成するボクセルとする。次いで、ステップＳ１３８では、着色領域決定部９４は、遮蔽層より内側のボクセルを、造形層を形成するボクセルとする。本実施形態では、ボクセル数で透明層、着色層（着色領域）、遮蔽層、造形層を決定したが、外形からの距離Ｌ１、透明層の内面からの距離Ｌ２、着色層の内面からの距離Ｌ３で決定しても良い。上記処理により、図５、図６に示す内部構造を示す立体物Ｏｂｊを形成する透明層、着色層、遮蔽層、造形層の各ボクセルの配置が決定される。
【００４３】
以上の処理の後、ホストコンピューター９０のＣＰＵは、図４に戻って、ステップＳ１６０以降の処理を行う。図４のステップＳ１６０では、吐出データ生成部９５は、層毎に着色領域の各ドットに色彩値を割り当てるハーフトーン処理を行う。このハーフトーン処理は、二次元のプリンターにおける処理とほぼ同様の処理であるため、説明を省略する。なお、ほぼ同様の処理と説明した理由は、以下点が異なるからである。二次元のプリンターでは、有彩色インクであるマゼンタ、シアン、イエローのインクをピクセルに割り当てるが、有彩色インクの階調によってはインクが割り当てられないドットが存在する場合がある。二次元のプリンターでは、印刷媒体が存在するため、インクが割り当てられないドットが存在しても形状欠損の問題は生じない。これに対し、本実施形態の立体物造形装置１０では、着色用インクも立体物Ｏｂｊの形状を構成するドットＤＴを形成するため、着色用インクが割り当てられないドットＤＴが存在すると、立体形状に欠損が生じてしまう。そのため、吐出データ生成部９５は、有彩色インクであるマゼンタ、シアン、イエローのインクが割り当てられないドットＤＴに対して、ホワイトインクを割り当てる。上述したように、吐出データ生成部９５は、ホワイトインクの代わりにクリアインクを割り当てても良い。また、吐出データ生成部９５は、着色用インクが固化した後のドットの三次元形状に基づいて、着色用インクの縦、横、高さ方向のドット数を特定し、層毎に吐出すべき着色用インクの吐出データを生成する。本実施形態ではＬｘ：Ｌｙ：Ｌｚ＝１：１：２であるため、縦、横方向の着色用インクのドット数を高さ方向の着色用インクのドット数の２倍とする。これらの点を除けば、ハーフトーン処理は二次元のプリンターで行われるハーフトーン処理と同様である。
【００４４】
ステップＳ１７０では、吐出データ生成部９５は、立体物造形装置１０に送る造形データＦＤを生成する。この造形データＦＤは、造形用インク（サポートインクを除いたインク）を吐出するための造形用インク吐出データと、着色用インク（有彩色インクとホワイトインク）を吐出するための着色用インク吐出データを含む、各種インクを吐出するためのインク吐出データを含んでいる。
【００４５】
ホストコンピューター９０は、この造形データＦＤを所定のタイミングで立体物造形装置１０に出力する。図８は、立体物造形装置１０が実行する造形処理を示すフローチャートである。この処理は、立体物造形装置１０がホストコンピューター９０から造形データＦＤを受け取ることで開始される。図８の処理を開始すると、処理制御部１５は、変数ｑに１を代入する（ステップＳ２００）。ｑは、何層目かを示す変数であり、ｑが１である場合は、ｚ方向の下側から１層目を意味する。続くステップＳ２１０では、処理制御部１５は、位置変化機構１７に指示して、造形台４５を１層目の造形体を形成する高さに移動させる。ステップＳ２２０では、インク吐出データ（造形データＦＤ）に基づいて、第１層目の造形体を形成する。具体的には、処理制御部１５は、ノズル列３３〜３８のノズルＮｚから、各種インクを造形台４５の上に吐出させ、その後、硬化ユニット６１を用いてインクを固化させてドットＤＴを形成する。ステップＳ２３０では、処理制御部１５は、ｑ≧Ｑか否かを判断する。Ｑは、立体物Ｏｂｊを構成する造形体の層の数である。ｑ≧Ｑであれば、１層目からＱ層目までの全ての造形体の生成が終了し、立体物Ｏｂｊの生成が完了しているため、処理制御部１５は、処理を終了する。一方、ｑ＜Ｑの場合には、ステップＳ２４０に移行して、変数ｑに１を加えステップＳ２１０に移行する。２回目以降のステップＳ２１０では、位置変化機構１７は、造形台４５を、ドットＤＴの高さＬｚだけ造形台４５を下げる。その後ステップＳ２２０に移行し、ステップＳ２３０でｑ≧Ｑを満たすまで同様の処理を繰り返す。
【００４６】
図９は、造形された立体物の一例を示す説明図である。図９では、透明層の形成を行っていない例を示している。この例では、着色層のｘ方向の深さ（立体物Ｏｂｊの表面からの深さ）、ｚ方向の深さは、いずれもＬ２である。なお、図では明示されていないが、着色層のｙ方向の深さもＬ２である。このように、着色用インクを吐出して着色を行なう着色領域を、立体物Ｏｂｊの表面の法線方向における深さの相違を抑制するように構成すると、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のいずれから視認しても、同じ色の階調度であれば、単位面積×着色層の深さＬ２の体積中における有彩色インクの形成率は変わらないため、立体物を見る視認方向が異なっても、色の濃さの相違を小さくできる。なお、図９の例では、着色層における有彩色インクの形成率を５０％としていが、有彩色インクの形成率５０％は一例であり、他の分担率であっても同様に、立体物を見る視認方向が異なっても、色の濃さの相違を小さくできる。
【００４７】
図１０は、透明層、着色層、遮蔽層の縦、横、高さ方向のドット数の決定フローチャートである。このフローは、立体物造形装置１０の製造会社の開発者が行う。製造会社の開発者は、Ｓ３００では、固化したドットの三次元形状の縦Ｌｙ，横Ｌｘ，高さＬｚを測定し、縦Ｌｙ，横Ｌｘ，高さＬｚの整数比で近似した場合の整数比ｒ，ｓ，ｔを算出する。各項ｒ，ｓ，ｔは、いずれも１桁の整数となるように近似することが好ましい。ステップＳ３１０では、Ｒ（＝１／ｒ），Ｓ（＝１／ｓ），Ｔ（＝１／ｔ）を算出する。ステップＳ３２０では、Ｒｕ（＝Ｒ×ｕ）Ｓｕ（＝Ｓ×ｕ），Ｔｕ（＝Ｔ×ｕ）が整数となるように、Ｒ，Ｓ，Ｔに整数ｕを掛ける。ステップＳ３３０では、縦、横、高さ着色層の深さＬ２をＲｕ，Ｓｕ，Ｔｕに比例したドット数で定める。このように、縦、横、高さの着色層の深さのドット数を、着色用インクを用いて形成されるドットのドットサイズの縦、横、高さを整数比で近似した場合の整数比の各項の大きさに反比例したドット数として決定するので、ドットの形状にかかわらず着色領域の表面からの深さを容易に一定にできる。ドット数は整数であるため、ドット数を用いると、着色層のｘ，ｙ、ｚ方向のドット数の決定が容易となる。例えば、Ｌｘ＝１μｍ、Ｌｙ＝２μｍ、Ｌｚ＝３μｍであれば、それらの大きさからｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のドット数を算出し（具体的にはｘ方向に６ドット、ｙ方向に３ドット、ｚ方向に２ドット）、それらの整数倍のドット数を着色層とすればよい。他の層の透明層や遮蔽層も同様に決定して良い。
【００４８】
図１０において、整数ｕを、縦Ｌｙ，横Ｌｘ，高さＬｚの整数比で近似した場合の整数比ｒ：ｓ：ｔの各項ｒ，ｓ，ｔの公倍数とすると、Ｒｕ，Ｓｕ，Ｔｕは整数となる。したがって、着色領域のドット数を、整数比の各項の最小公倍数を整数比の各項で除した値に従って定めてもよい。Ｌｘ＝１μｍ、Ｌｙ＝２μｍ、Ｌｚ＝３μｍであれば、ｒ：ｓ：ｔは、１：２：３であり、１，２，３，の最小公倍数は６であるため、整数比の各項の最小公倍数を整数比の各項で除した値は、それぞれ、６，３，２となる。なお、厳密には、縦Ｌｙ，横Ｌｘ，高さＬｚの比は整数比にはならないので、縦Ｌｙ，横Ｌｘ，高さＬｚを整数で近似した整数比を用いる。なお、縦Ｌｙ，横Ｌｘ，高さＬｚの比の各項は、１桁の整数で近似することが好ましい。
【００４９】
上記実施形態では、１層からＱ層までの断面モデルデータを生成し、その後外側から所定数のボクセルを順に透明層、着色層、遮蔽層、造形層を形成するためのボクセルとして造形データを形成した。しかし、立体物Ｏｂｊの段階で、立体物Ｏｂｊの外側から所定の長さＬ１の範囲を透明層とし、以下順に着色層，遮蔽層，造形層の範囲を決め、その後、透明層，着色層，遮蔽層，造形層の位置を考慮して１層からＱ層までの断面モデルデータを生成し、造形データＦＤを形成しても良い。
【００５０】
上記実施形態では、立体物Ｏｂｊの表面の法線が、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向となる場合について説明をしているが、図１１の様に、その他の方向の法線を持つ立体物Ｏｂｊにも本技術は適用可能である。図１１では立体物Ｏｂｊの表面の法線が、ｚ方向の他にｘｚ方向に法線（ｘｚ平面内に法線がある）がある場合を示している。図１１では、立体物Ｏｂｊの表面の法線がｘ方向、方向、ｚ方向とならない場合であっても、法線に沿った方向の着色層の厚さを、Ｌ２で一定にしている。このように立体物Ｏｂｊの表面の法線に沿った方向の着色層の厚さが一定の値Ｌ２またはＬ２に近似した値となるように着色層を形成すれば、立体物を見る視認方向が異なっても、色の濃さの相違を小さくできる。なお、図１１では、透明層を省略している。また、図１１では、寸法を示す補助線が見づらくなるため、ハッチングを付与していない。
【００５１】
・その他変形例：
例えば、シアンインク、マゼンタインク、イエローインク、ホワイトインク、及び、クリアインク以外の液体を使用する立体物造形装置にも、本技術を適用可能である。例えば、ブラックインク、グレーインク、メタリックインク（金属光沢を発現するインク）、等も使用可能である。むろん、シアンインク、マゼンタインク、イエローインク、ブラックインク、ホワイトインク、グレーインク、メタリックインク、クリアインクの一部を使用しない立体物造形装置にも、本技術を適用可能である。ドット形成部により形成される複数種のドットは、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック、ホワイト、グレー、及び、メタリックの内の一種類以上の色のドットを含んでもよい。
【００５２】
ヘッドユニットから吐出されるインクは、熱可塑性樹脂等といった熱可塑性の液体でもよい。この場合、ヘッドユニットは、液体を加熱して溶融状態で吐出してもよい。また、硬化ユニットは、立体物造形装置においてヘッドユニットからの液体によるドットが冷却されて固化する部位でもよい。本技術において、「硬化」は「固化」を含む。また、造形用インクと支持用インクとで異なった種類の硬化・固化プロセスを有する液体を用いても良い。例えば、造形用インクに紫外線硬化型樹脂を用いて支持用インクに熱可塑性樹脂を用いてもよい。
【００５３】
硬化ユニット６１は、キャリッジに搭載されてもよい。
【００５４】
造形処理装置は、層状に敷き詰められた粉体を硬化性の液体により固めることで造形層を形成し、形成された造形層を積層することで立体物を造形してもよい。
【００５５】
また、立体物造形装置は、液体を吐出してドットを形成するインクジェット方式の装置に限定されず、紫外線硬化型液体樹脂を満たした槽に紫外線レーザーを照射して硬化ドットを形成する光造形方式の装置、粉末材料に高出力のレーザー光を当てて焼結ドットを形成する粉末焼結積層方式の装置、等でもよい。
【００５６】
また、上述した例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術及び上述した例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も実施可能である。本発明は、これらの構成等も含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１０…立体物造形装置    １３…ヘッドユニット    １５…処理制御部    １６…記憶部    １７…位置変化機構    ３０…記録ヘッド    ３３〜３８…ノズル列    ４０…筐体    ４１…キャリッジ    ４５…造形台    ４８…インクカートリッジ    ６１…硬化ユニット    ７１…昇降機構駆動モーター    ７２…キャリッジ駆動モーター    ７３…キャリッジ駆動モーター    ７４…硬化ユニット駆動モーター    ７５〜７８…モータードライバー    ７９ａ…造形台昇降機構    ７９ｂ、７６ｃ、７６ｄ…ガイド    ９０…ホストコンピューター    ９１…操作部    ９２…モデルデータ生成部    ９３…造形データ生成部    ９４…着色領域決定部    ９５…吐出データ生成部    １００…立体物造形システム    ＤＴ…ドット    Ｄａｔ…モデルデータ    ＦＤ…造形データ    ＬＱ…液滴    Ｎｚ…ノズル    Ｏｂｊ…立体物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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