(57)【要約】【課題】  内部に閉空間を有する三次元造形物を製造することができる上、寸法形状が高精度で、かつ、高強度の三次元造形物を容易に製造することができる技術を提供すること。【解決手段】  ヘッド２と下座３とは水平方向に相対的に移動可能に、上座４は上下方向に移動可能にそれぞれ構成されている。紫外線Ｌの照射で硬化する液状のインクを下方に向かってヘッド２により吐出する。ヘッド２から吐出されたインクを下座３の上面で受け止めて付着させる。下座３の上面に付着させたインクを下座３の上面と上座４の下面との間に介在させた状態で該インクに向かって紫外線照射装置５により紫外線Ｌを照射し該インクを硬化させる。紫外線Ｌの照射によりインクが硬化したのち上座４を上昇させるとき、硬化したインクは、上座４側に付着した状態で上座４と共に移動する一方、下座３の上面から剥離する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の光の照射で硬化する液状の造形材料を下方に向かって吐出するヘッドと、
前記ヘッドから吐出された造形材料を上面で受け止め該上面に付着させる下座と、
下面を有する上座と、
前記下座の上面に付着させた造形材料を前記下座の上面と前記上座の下面との間に介在させた状態で該造形材料に向かって前記所定の光を照射し該造形材料を硬化させる第１光照射手段とを備えた三次元造形装置であって、
前記ヘッドと前記下座とは、水平方向に相対的に移動可能に構成され、
前記上座と前記下座とは、該下座の上面と前記上座の下面とが対向接近する方向と離隔する方向とに相対的に移動可能に構成され、
前記第１光照射手段による前記所定の光の照射により造形材料が硬化したのち前記下座と前記上座とが前記離隔する方向に相対的に移動するとき、硬化した造形材料は、前記上座側に付着した状態で該上座と共に移動する一方、前記下座の上面から剥離するように構成された三次元造形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元造形装置において、
前記下座を前記所定の光が透過可能な部材で構成する一方、前記第１光照射手段から射光された前記所定の光は前記下座の下方から該下座を透過して造形材料に照射されるようにしたことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の三次元造形装置において、
前記ヘッドから吐出され前記下座の上面に付着した造形材料に向かって、該造形材料を前記上座の下面との間に介在させない状態で第１光照射手段またはこれとは別個の第２光照射手段により該造形材料を硬化させる光を小領域の範囲に照射し、
前記小領域を前記ヘッドに追随して移動させ、
前記小領域の照射による造形材料の硬化の程度は、前記下座の上面と前記上座の下面との間に造形材料を介在させた状態での第１光照射手段の照射による造形材料の硬化の程度よりも低くなるようにしたことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項４】
請求項３に記載の三次元造形装置において、
前記第２光照射手段を前記ヘッドに固定し、
前記ヘッドから吐出され前記下座の上面に付着した造形材料に向かって、該造形材料を前記上座の下面との間に介在させない状態で前記第２光照射手段により該造形材料を硬化させる光を前記小領域に照射するようにしたことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうち何れか一つに記載の三次元造形装置において、
前記ヘッドは水平方向に移動可能に構成され、前記上座は前記下座に近接する位置から前記ヘッドより上方の位置まで上下方向に昇降可能に構成されていることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項６】
請求項５に記載の三次元造形装置において、
前記ヘッドは水平方向の一方向に移動可能に構成され、前記下座は前記一方向に直交する水平方向に移動可能に構成されていることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のうち何れか一つに記載の三次元造形装置において、
前記ヘッドが移動する際の可動範囲の全てを前記上座が移動する際の可動範囲外に位置付けるようにしたことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６のうち何れか一つに記載の三次元造形装置において、
前記ヘッドが移動する際の可動範囲の少なくとも一部を前記上座が移動する際の可動範囲とラップさせる一方、
前記ヘッドは、前記上座が移動する際の可動範囲の外方に移動可能に構成されていることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項９】
請求項1ないし請求項８のうち何れか一つに記載の三次元造形装置において、
前記ヘッドは、前記第１光照射手段により前記所定の光が照射される照射範囲の外方に移動可能に構成されていることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の三次元造形装置において、
前記ヘッドは、造形材料を吐出する吐出部を有し、
前記ヘッドが前記照射範囲の外方に移動したとき、前記吐出部を覆う蓋体をさらに設け、
前記蓋体を前記照射範囲の外方に配置したことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１１】
ヘッドと下座とを水平方向に相対的に移動させながら、所定の光の照射で硬化する液状の造形材料を下方に向かって前記ヘッドにより吐出する造形材料吐出工程と、
前記造形材料吐出工程において吐出された造形材料を前記下座の上面で受け止め該上面に付着させる造形材料付着工程と、
前記造形材料付着工程において前記下座の上面に付着させた造形材料を前記下座の上面と上座の下面との間に介在させた状態で該造形材料に向かって前記所定の光を第１光照射手段により照射し該造形材料を硬化させる造形材料硬化工程と、
前記造形材料硬化工程の実施により造形材料が硬化したのち該造形材料を前記上座側に付着させた状態で前記下座と前記上座とを互いに離隔する方向に相対的に移動させ前記下座の上面から前記造形材料を剥離させる造形材料剥離工程とを備え、
前記各工程を繰り返し行うことで前記造形材料を積層一体化して三次元造形物を製造する三次元造形方法。
【請求項１２】
ヘッドと下座とを水平方向に相対的に移動させながら、所定の光の照射で硬化する液状の造形材料を下方に向かって前記ヘッドにより吐出する造形材料吐出機能と、
前記造形材料吐出機能の実行により吐出された造形材料を前記下座の上面で受け止め該上面に付着させる造形材料付着機能と、
前記造形材料付着機能の実行により前記下座の上面に付着させた造形材料を前記下座の上面と上座の下面との間に介在させた状態で該造形材料に向かって前記所定の光を第１光照射手段により照射し該造形材料を硬化させる造形材料硬化機能と、
前記造形材料硬化機能の実行により造形材料が硬化したのち該造形材料を前記上座側に付着させた状態で前記下座と前記上座とを互いに離隔する方向に相対的に移動させ前記下座の上面から前記造形材料を剥離させる造形材料剥離機能とをコンピュータに実行させるための三次元造形装置の制御用プログラム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の三次元造形装置の制御用プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元の造形技術に関し、特に、液状の造形材料を吐出して光の照射により硬化させ、これを積層一体化することによって任意の三次元造形物を製造する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されている従来の三次元の造形技術は、三次元ＣＡＤ等で設計されたモデルを複数の薄い断面体にスライスして得られる断面データに従って、液状の造形材料を吐出しながらインクジェットヘッドが水平方向に移動制御される。これによって、前記断面データに基づく断面形状が造形され、ステージ上に吐出された液状の造形材料が硬化することで一層分の断面体が作り出される。その後、ステージが一層分の厚さに相当する距離だけ降下して上記と同様な動作を繰り返し行うことにより一層目の上側に新たな層が積層される。このように連続的に作り出された幾層もの薄い層体が積層一体化されて三次元造形物が製造される。このようなインクジェット方式によれば、寸法形状が高精度で、かつ、高強度の三次元造形物を製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５９２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の三次元の造形技術では、内部に閉空間を有する三次元造形物を製造する場合、造形材料を積層する過程において閉空間の天井面に相当する部位を形成すべく液状の造形材料を吐出しても、その吐出した造形材料の直下には層体が存在しないため、吐出した造形材料が垂下してしまう。このため、内部に閉空間を有する三次元造形物を製造することができないか、製造できたとしても寸法形状の精度が低いものになってしまう。
これを回避するために、従来の三次元の造形技術のように、閉空間の天井面に相当する部位の造形の際、造形材料より溶融温度が低い熱可塑性樹脂材のインクを別個のインクジェットヘッドから吐出させることによりオーバーハング支持部を形成することが考えられる。こうすることで、吐出された液状の造形材料は、オーバーハング支持部により受け止められ垂下することはないので造形材料を積層することができる。
しかしながら、造形材料の積層完了後に、造形材料が溶融しない温度で加熱してオーバーハング支持部を形成した樹脂材を溶融して除去しようとしても該樹脂材は閉空間に閉じ込められているため除去することができない。この結果、従来の三次元の造形技術では、内部に閉空間を有する三次元造形物を製造することができなかった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解消するためになされたもので、内部に閉空間を有する三次元造形物を製造することができる上、寸法形状が高精度で、かつ、高強度の三次元造形物を容易に製造することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために、本発明に係る三次元造形装置は、所定の光の照射で硬化する液状の造形材料を下方に向かって吐出するヘッドと、前記ヘッドから吐出された造形材料を上面で受け止め該上面に付着させる下座と、下面を有する上座と、前記下座の上面に付着させた造形材料を前記下座の上面と前記上座の下面との間に介在させた状態で該造形材料に向かって前記所定の光を照射し該造形材料を硬化させる第１光照射手段とを備えた三次元造形装置であって、前記ヘッドと前記下座とは、水平方向に相対的に移動可能に構成され、前記上座と前記下座とは、該下座の上面と前記上座の下面とが対向接近する方向と離隔する方向とに相対的に移動可能に構成され、前記第１光照射手段による前記所定の光の照射により造形材料が硬化したのち前記下座と前記上座とが前記離隔する方向に相対的に移動するとき、硬化した造形材料は、前記上座側に付着した状態で該上座と共に移動する一方、前記下座の上面から剥離するように構成されたものである。
【０００７】
請求項２に記載した発明に係る三次元造形装置は、請求項１に記載の三次元造形装置において、前記下座を前記所定の光が透過可能な部材で構成する一方、前記第１光照射手段から射光された前記所定の光は前記下座の下方から該下座を透過して造形材料に照射されるようにしたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に記載した発明に係る三次元造形装置は、請求項１または請求項２に記載の三次元造形装置において、前記ヘッドから吐出され前記下座の上面に付着した造形材料に向かって、該造形材料を前記上座の下面との間に介在させない状態で第１光照射手段またはこれとは別個の第２光照射手段により該造形材料を硬化させる光を小領域の範囲に照射し、前記小領域を前記ヘッドに追随して移動させ、前記小領域の照射による造形材料の硬化の程度は、前記下座の上面と前記上座の下面との間に造形材料を介在させた状態での第１光照射手段の照射による造形材料の硬化の程度よりも低くなるようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４に記載した発明に係る三次元造形装置は、請求項３に記載の三次元造形装置において、前記第２光照射手段を前記ヘッドに固定し、前記ヘッドから吐出され前記下座の上面に付着した造形材料に向かって、該造形材料を前記上座の下面との間に介在させない状態で前記第２光照射手段により該造形材料を硬化させる光を前記小領域に照射するようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５に記載した発明に係る三次元造形装置は、請求項１ないし請求項４のうち何れか一つに記載の三次元造形装置において、前記ヘッドは水平方向に移動可能に構成され、前記上座は前記下座に近接する位置から前記ヘッドより上方の位置まで上下方向に昇降可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項６に記載した発明に係る三次元造形装置は、請求項５に記載の三次元造形装置において、前記ヘッドは水平方向の一方向に移動可能に構成され、前記下座は前記一方向に直交する水平方向に移動可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項７に記載した発明に係る三次元造形装置は、請求項１ないし請求項６のうち何れか一つに記載の三次元造形装置において、前記ヘッドが移動する際の可動範囲の全てを前記上座が移動する際の可動範囲外に位置付けるようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項８に記載した発明に係る三次元造形装置は、請求項１ないし請求項６のうち何れか一つに記載の三次元造形装置において、前記ヘッドが移動する際の可動範囲の少なくとも一部を前記上座が移動する際の可動範囲とラップさせる一方、前記ヘッドは、前記上座が移動する際の可動範囲の外方に移動可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項９に記載した発明に係る三次元造形装置は、請求項1ないし請求項８のうち何れか一つに記載の三次元造形装置において、前記ヘッドは、前記第１光照射手段により前記所定の光が照射される照射範囲の外方に移動可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項１０に記載した発明に係る三次元造形装置は、請求項９に記載の三次元造形装置において、前記ヘッドは、造形材料を吐出する吐出部を有し、前記ヘッドが前記照射範囲の外方に移動したとき、前記吐出部を覆う蓋体をさらに設け、前記蓋体を前記照射範囲の外方に配置したことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項１１に記載した発明に係る三次元造形方法は、ヘッドと下座とを水平方向に相対的に移動させながら、所定の光の照射で硬化する液状の造形材料を下方に向かって前記ヘッドにより吐出する造形材料吐出工程と、前記造形材料吐出工程において吐出された造形材料を前記下座の上面で受け止め該上面に付着させる造形材料付着工程と、前記造形材料付着工程において前記下座の上面に付着させた造形材料を前記下座の上面と上座の下面との間に介在させた状態で該造形材料に向かって前記所定の光を第１光照射手段により照射し該造形材料を硬化させる造形材料硬化工程と、前記造形材料硬化工程の実施により造形材料が硬化したのち該造形材料を前記上座側に付着させた状態で前記下座と前記上座とを互いに離隔する方向に相対的に移動させ前記下座の上面から前記造形材料を剥離させる造形材料剥離工程とを備え、前記各工程を繰り返し行うことで前記造形材料を積層一体化して三次元造形物を製造するものである。
【００１７】
請求項１２に記載した発明に係る三次元造形装置の制御用プログラムは、ヘッドと下座とを水平方向に相対的に移動させながら、所定の光の照射で硬化する液状の造形材料を下方に向かって前記ヘッドにより吐出する造形材料吐出機能と、前記造形材料吐出機能の実行により吐出された造形材料を前記下座の上面で受け止め該上面に付着させる造形材料付着機能と、前記造形材料付着機能の実行により前記下座の上面に付着させた造形材料を前記下座の上面と上座の下面との間に介在させた状態で該造形材料に向かって前記所定の光を第１光照射手段により照射し該造形材料を硬化させる造形材料硬化機能と、前記造形材料硬化機能の実行により造形材料が硬化したのち該造形材料を前記上座側に付着させた状態で前記下座と前記上座とを互いに離隔する方向に相対的に移動させ前記下座の上面から前記造形材料を剥離させる造形材料剥離機能とをコンピュータに実行させるためのものである。
【００１８】
請求項１３に記載した発明に係る記録媒体は、請求項１２に記載の三次元造形装置の制御用プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なものである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の発明によれば、ヘッドから下方に向かって液状の造形材料を吐出し、この吐出した造形材料は、下座の上面に受け止められて該上面に付着するので付着した位置から垂下することはない。このため、下座の上面と上座の下面との間に造形材料を介在させた状態で所定の光を照射して造形材料を硬化させ上座側に付着させると共に下座の上面から剥離させて積層形成することで、内部に閉空間を有し、かつ、寸法形状が高精度の三次元造形物を容易に製造することができる。また、硬化後の造形材料は、一体的に結合して一塊の三次元造形物を形成するので、強固な三次元造形物を製造することができる。
【００２０】
請求項２記載の発明によれば、下座を所定の光が透過可能な部材で構成する一方、第１光照射手段から射光された所定の光は下座の下方から該下座を透過して造形材料に照射されるようにしたので、下座の上面と上座の下面との間に造形材料を介在させた状態にも拘わらず所定の光を確実かつ容易に造形材料に照射することができる。
請求項３記載の発明によれば、第１光照射手段または第２光照射手段により光を照射する小領域をヘッドに追随して移動させるようにしたので、下座の上面に造形材料が吐出された後すぐに該小領域の照射により造形材料を硬化させることができる。このため、下座の上面に吐出された造形材料のうち隣合う造形材料の液滴同士が混ざり合う虞がない。また、小領域の照射による造形材料の硬化の程度は、下座の上面と上座の下面との間に造形材料を介在させた状態での第１光照射手段の照射による造形材料の硬化の程度よりも低くなるようにしたので、小領域の照射によって造形材料を半硬化状態にすることができ、その後、第１光照射手段により所定の光を照射して完全に硬化させることで造形材料を上座側に確実に付着させることができる。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、小領域に光を照射する第２光照射手段をヘッドに固定したので、該小領域をヘッドに正確に追随して移動させることができ、かつ、追随移動させる機構を単純な構造で構成することができる。
【００２２】
請求項５記載の発明によれば、ヘッドは水平方向に移動可能に構成され、上座は下座に近接する位置からヘッドより上方の位置まで上下方向に昇降可能に構成されているので、上座は、ヘッドの高さ位置より上方の位置に移動することで、水平方向に移動するヘッドとの接触を容易に回避することができる。
請求項６記載の発明によれば、ヘッドは水平方向の一方向に移動可能に構成され、その一方向に直交する水平方向に下座は移動可能に構成されているので、ヘッドおよび下座の移動がそれぞれ単一の方向となることで移動制御が単純化され、それぞれの移動位置精度を高くすることができる。
【００２３】
請求項７記載の発明によれば、ヘッドが移動する際の可動範囲の全てを上座が移動する際の可動範囲外に位置付けるようにしたので、ヘッドにより下座の上面に造形材料を吐出しているときでもヘッドとの干渉を気にすることなく、上座は、その下面または該下面に付着し硬化した造形材料の下面と下座の上面に付着した造形材料の上面とが接触しない程度の若干の隙間を残した高さまで下降させておくことができる。また、下降させておくことで、上座の下面または該下面に付着し硬化した造形材料の下面を下座の上面に付着した造形材料の上面に接触させて硬化させるために上座を下降させる動作時間を可及的短縮することができる。この結果、その分、三次元造形物の造形に要する作業時間を短縮することができる。
【００２４】
請求項８記載の発明によれば、ヘッドが移動する際の可動範囲の少なくとも一部を上座が移動する際の可動範囲とラップさせたので、その分、三次元造形装置全体の占有容積を小さくすることができる。また、ヘッドは、上座が移動する際の可動範囲の外方に移動可能に構成したので、ヘッドと上座との可動範囲をラップさせたにも拘わらず、上座の下面または該下面に付着し硬化した造形材料の下面を下座の上面に付着した造形材料の上面に接触させて硬化させる際に、上座の可動範囲の外方にヘッドを移動させておくことで上座を支障なく下降させることができる。
【００２５】
請求項９記載の発明によれば、ヘッドは、第１光照射手段により所定の光が照射される照射範囲の外方に移動可能に構成されているので、所定の光の照射中は照射範囲外にヘッドを移動退避させることで、ヘッドの吐出部の造形材料が所定の光の照射により硬化して吐出部が目詰まりするのを回避することができる。
請求項１０記載の発明によれば、第１光照射手段により所定の光が照射される照射範囲の外方にヘッドが移動したとき、ヘッドの吐出部を覆う蓋体を設けたので、吐出部から造形材料が吐出されない間、吐出部を蓋体で被覆することで吐出部の造形材料が乾燥するのを防止することができる。また、第１光照射手段により所定の光が照射される照射範囲の外方に蓋体を配置したので、蓋体に付着した造形材料が所定の光の照射により硬化するのを回避することができ、硬化による不具合を防止することができる。
【００２６】
請求項１１記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果と同一の効果を奏することができる。よって、発明の効果の記載を省略する。
【００２７】
請求項１２および請求項１３記載の発明に係る制御用プログラムを三次元造形装置に使用すれば、請求項１記載の発明の効果と同一の効果を奏することができる。よって、発明の効果の記載を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係る三次元造形装置の概略の構成を示す正面図である。
【図２】同装置の概略の構成を示す側面図である。
【図３】同装置の概略の構成を示す平面図である。
【図４】同装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図５】同装置により三次元造形物を製造する工程を説明するためのフローチャートである。
【図６】同装置により三次元造形物を製造する工程の一部を説明するための概略図である。
【図７】同装置により三次元造形物を製造する工程の他の一部を説明するための概略図である。
【図８】本発明の実施の形態の第１変形例を説明するための概略図である。
【図９】本発明の実施の形態の第２変形例を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図１ないし図７によって詳細に説明する。図１ないし図４において符号１で示すものは、本発明の実施の形態に係る三次元造形装置である。なお、各図については、概略の構成を示したものであり、作図の都合上、各構成部材の縮尺の比率は互いに異ならせて図示している。これらの図において、上下方向をＺ方向とし、上方向をＺ１方向、下方向をＺ２方向とする。Ｚ方向に直交し、かつ、水平方向の一方向（後述するヘッド２の移動方向）をＸ方向とし、Ｘ方向のそれぞれの向きに応じてＸ１方向とＸ２方向とする。Ｚ方向とＸ方向とに直交する方向をＹ方向とし、Ｙ方向のそれぞれの向きに応じてＹ１方向とＹ２方向とする。
【００３０】
三次元造形装置１は、紫外線Ｌ（本発明の「所定の光」を構成する。）の照射で硬化する液状のＵＶ硬化インクＡ（本発明の「造形材料」を構成する。以下、単に「インクＡ」という。）を下方に向かって吐出するヘッド２と、このヘッド２より下方に配置されヘッド２から吐出されたインクＡを受け止め付着させる下座３と、この下座３の上方に配置された上座４と、下座３に付着させたインクＡに向かって紫外線Ｌを照射しインクＡを硬化させる紫外線照射装置５とを備えている。紫外線照射装置５は本発明の「第１光照射手段」を構成する。インクＡは、透明の液状のＵＶ硬化インクをそのまま使用することができるだけでなく、透明の液状のＵＶ硬化インクに適宜、色材を混入させることで、所望の色彩のインクＡを生成することもできる。
【００３１】
ヘッド２は、Ｘ方向に延設されＸ方向に長尺のヘッドレール７に沿ってＸ１方向またはＸ２方向に択一的に移動可能に構成され、ヘッド２の移動は、三次元造形装置１に設けられたヘッド駆動用リニアモータ８（図４参照）の駆動によって行われる。Ｘ１方向およびＸ２方向のヘッド２の移動範囲は、紫外線照射装置５により紫外線Ｌが照射されるときの照射範囲の外方まで移動可能に設定されている。下座３は、互いに平行かつＹ方向に延設されＹ方向に長尺の一対の下座レール９，９上を該下座レール９，９に沿ってＹ１方向またはＹ２方向に択一的に移動可能に構成され、下座３の移動は、三次元造形装置１に設けられた下座駆動用リニアモータ１０（図４参照）の駆動によって行われる。
【００３２】
下座３は、下座本体３ａと、この下座本体３ａの上面にその略全域を被覆するように貼着された透明または半透明の薄い膜体３ｂとを備えている。膜体３ｂの材質はシリコン、テフロン（登録商標）またはフッ素系樹脂等の樹脂で構成されており、これによって、膜体３ｂの上面に付着し硬化したインクＡが剥離しやすくなる。下座本体３ａは、透明または半透明の部材（例えば、アクリル材またはガラス材等）からなり、下座本体３ａの上面に貼着された膜体３ｂと共に紫外線Ｌを透過することができるように構成されている。なお、膜体３ｂに替えて、シリコン、テフロン（登録商標）またはフッ素系樹脂等からなる剥離材を下座本体３ａの上面に塗布してもよい。
【００３３】
上座４は、Ｚ方向に延設されＺ方向に長尺の上座レール１２に沿ってＺ１方向（上座４の下面が下座３の上面から離隔する方向）またはＺ２方向（上座４の下面が下座３の上面に対向接近する方向）に択一的に移動可能に構成されている。上座４は、Ｚ１方向に移動するとき、ヘッド２の高さ位置より上方の位置まで移動可能に構成されている。図１ないし図３に示すように、上座４が移動する際の可動範囲Ｋ（Ｚ方向に延びる領域）は、ヘッド２が移動する際の可動範囲Ｈ（Ｘ方向に延びる領域）の一部とラップする一方、ヘッド２は、上座４の可動範囲Ｋの外方に移動可能に構成されている。上座４の移動は、三次元造形装置１に設けられた上座駆動用リニアモータ１３（図４参照）の駆動によって行われる。前記各リニアモータ８，１０，１３は、ヘッドレール７、下座レール９，９、上座レール１２にそれぞれ配設される固定子およびこの固定子に対向するようにヘッド２，下座３および上座４にそれぞれ配設される可動子を有している。そして、これら固定子および可動子の何れか一方に永久磁石、他方に電磁石がそれぞれ使用されて該電磁石を構成するコイルへの通電により固定子と可動子との間に磁気推力を生じさせてヘッド２，下座３および上座４をそれぞれ駆動するように構成されている。そして、これらのリニアモータ８，１０，１３は、後述する制御装置１９によって駆動制御されて、ヘッド２，下座３および上座４が所望の移動位置に正確に位置付けられるように制御される。
【００３４】
紫外線照射装置５は、紫外線Ｌを発光する主プロジェクタ１４と、主プロジェクタ１４から発光された紫外線Ｌを反射して下座３の下方から照射する反射鏡１５とを備えている。主プロジェクタ１４と反射鏡１５とは、一対の下座レール９，９の下方に配置され、かつ、Ｙ方向に一定の間隙を隔てて並設され、反射鏡１５の反射面は、主プロジェクタ１４から略水平方向に発光された紫外線Ｌを上方に向かって反射するように略４５度に傾斜している。前記ヘッドレール７、下座レール９，９、上座レール１２、主プロジェクタ１４および反射鏡１５は、三次元造形装置１のフレームを構成する基体１７にそれぞれ固定されている。
【００３５】
ヘッド２のＸ方向両側部には、下方に向かって紫外線を発光して小領域の範囲に照射する一対の副プロジェクタ１８ａ，１８ｂが固定されており、ヘッド２と共にＸ１方向およびＸ２方向に移動する。一対の副プロジェクタ１８ａ，１８ｂは本発明の「第２光照射手段」を構成する。前記各リニアモータ８，１０，１３、主プロジェクタ１４および各副プロジェクタ１８ａ，１８ｂ等の機器（以下「各制御対象機器」という。）は、三次元造形装置１に設けられた制御装置１９（本発明の「コンピュータ）を構成する。）の駆動制御部２０からの駆動信号に基づいて作動する。図４に示すように、制御装置１９は、記憶部２２を備え、各制御対象機器を制御するための制御用プログラム２３や三次元造形物の三次元データ２４を記憶部２２で記憶する。三次元データ２４には、三次元造形物の形状データおよび三次元造形物の各部位（表面および内部を含む。）の色彩データが含まれる。制御用プログラム２３や三次元データ２４は、他のコンピュータ（図示せず）を制御装置１９に無線通信または有線通信で接続して該コンピュータから制御装置１９の記憶部２２に転送して記憶させる。
【００３６】
なお、この記憶方法に替えて、ＣＤ(compact disk)，ＤＶＤ(digital versatile disk)またはＵＳＢ(Universal Serial Bus)メモリー等の記録媒体２５に記録された制御用プログラム２３や三次元データ２４を制御装置１９の読み取り装置２７により読み取ることで記憶部２２に記憶させてもよい。制御装置１９の駆動制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などからなる演算手段を有しており、この演算手段によって、記憶部２２に記憶された三次元データ２４に基づき三次元造形物を複数の層に分割し、層ごとの二次元データを構築する。
【００３７】
また、ヘッド２には、異なる色彩（本実施の形態では３色）のインクＡを吐出することができる吐出部２ａ，２ｂ，２ｃがＸ方向に一列に並設され、これらの各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃには、液体のインクＡが貯留されるインクタンク２９が可撓性を有する配管２８を介してそれぞれ接続されている。各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃは、各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃごとに複数の細い吐出孔（図示せず）が互いに近接して穿設され、それぞれ吐出孔群を形成しており、これらの吐出孔群ごとに配管２８を介してそれぞれ個別にインクタンク２９に接続されている。
【００３８】
各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃに設けられた各吐出孔群は、複数の吐出孔が互いに近接してＹ方向に１列に並設されてなる１列吐出孔群でそれぞれ構成されている。なお、これに替えて、該１列吐出孔群をＸ方向に互いに近接して２列以上配列してもよい。その場合、これらの１列吐出孔群同士は、Ｙ方向の配置位置を同一の位置に位置付けるか、または、互いにＹ方向にずらして配置してもよい。Ｙ方向にずらす寸法としては、前記１列吐出孔群のＹ方向両端に位置する吐出孔間の距離の半分またはその近傍の寸法が挙げられる。
また、吐出部２ａ，２ｂ，２ｃを１つの吐出部群として該吐出部群を２つ以上設け、Ｘ方向から見て、隣り合う吐出部群同士をラップさせた状態でＹ方向にずらして配置する所謂、スタガー配列してもよい。
【００３９】
制御装置１９の駆動制御部２０により各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃの複数の吐出孔からそれぞれ吐出量が正確に制御されてインクＡが吐出され、かつ、その吐出位置（下座３上の位置）が、ヘッド２と下座３との相対移動が制御装置１９の駆動制御部２０により正確に位置制御されることで、希望する任意の位置に精度良く位置付けられる。この結果、寸法形状が高精度の三次元造形物を製造することができる。例えば、１４４０dpi（1インチ当たりのドット数）の吐出で０．０１７ミリメートル程度の精度とすることができる。各インクタンク２９…には、吐出部２ａ，２ｂ，２ｃから吐出されるインクＡの色彩に対応する色彩のインクＡがそれぞれ貯留される。各インクタンク２９…は、基体１７に固定され、ヘッド２のＸ１方向およびＸ２方向の移動に伴って各配管２８が屈曲して追随するように構成されている。
【００４０】
なお、各インクタンク２９…をヘッド２に固定して各インクタンク２９…とヘッド２とが一体的に移動するように構成することで、配管２８を屈曲させてヘッド２の移動に追随させることを回避してもよい。ヘッド２は、各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃごとに圧電素子（ピエゾ素子）３０ａ，３０ｂ，３０ｃを有し、制御装置１９の駆動制御部２０からの駆動信号に基づいて駆動制御部２０の駆動回路から出力される駆動電圧（パルス電圧）が各圧電素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃに印加されると、その電歪作用により各圧電素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃが伸縮する。この伸縮により各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃの吐出孔（図示せず）に連通したインク室（図示せず）が膨張・圧縮されることにより、各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃの複数の吐出孔からインクＡが吐出されるように構成されている。これに替えて、バブルジェット(登録商標)方式により吐出するようにしてもよい。
【００４１】
図１および図３に示すように、ヘッドレール７におけるＸ２方向側端部の近傍には、該端部にヘッド２が移動したとき上昇してヘッド２の吐出部２ａ，２ｂ，２ｃを被覆する高さ位置（図１中、二点鎖線で示す位置）と開放する高さ位置（図１中、実線で示す位置）とに蓋体３２が昇降可能に構成された吐出部被覆装置３３が配置され基体１７に固定されている。インクＡが吐出されない間、ヘッド２の吐出部２ａ，２ｂ，２ｃを蓋体３２で被覆することで吐出部２ａ，２ｂ，２ｃのインクＡが乾燥しないようにしている。蓋体３２の昇降は、制御装置１９の駆動制御部２０からの駆動信号に基づいて吐出部被覆装置３３の電動シリンダ３４を駆動させることによって行われ、吐出部２ａ，２ｂ，２ｃにおけるインクＡの吐出の実行および中断に応じて制御される。
【００４２】
また、蓋体３２は、配管３７を介して電動ポンプ３５が接続されている。ヘッド２の各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃを蓋体３２で被覆した状態で電動ポンプ３５を作動させて各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃの吐出孔に低気圧を付与することで、各インクタンク２９から各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃまで予めインクＡを吸引しておき、直ちに吐出できる状態にする。これ以外に電動ポンプ３５によって、気泡を含むインクＡを吸引除去したり、各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃに詰まったインクＡまたは塵埃を洗浄液と共に各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃから吸い出すこともできる。電動ポンプ３５は、制御装置１９の駆動制御部２０からの駆動信号に基づいて作動する。上述したヘッド２の各圧電素子（ピエゾ素子）３０ａ，３０ｂ，３０ｃ、電動シリンダ３４および電動ポンプ３５は、前記各制御対象機器に含まれる。
【００４３】
また、吐出部被覆装置３３の近傍には、インクＡの吐出状態を良好に維持するために適当なタイミングで各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃからインクＡを吐出させ廃棄するためのフラッシングプレート３８が配置されている。このフラッシングプレート３８は配管３９を介してインク貯留槽４０に接続されており、フラッシングプレート３８上に廃棄されたインクＡは配管３９に流入してインク貯留槽４０で貯留される。フラッシングプレート３８およびインク貯留槽４０は、基体１７に固定されている。なお、このフラッシングプレート３８および前記吐出部被覆装置３３の蓋体３２は、紫外線照射装置５により紫外線Ｌが照射される照射範囲の外方に配置されている。これによって、蓋体３２やフラッシングプレート３８の上面に付着したインクＡが紫外線Ｌの照射により硬化することがなくなり、蓋体３２から配管３７への連通路およびフラッシングプレート３８から配管３９への連通路がインクＡの硬化により目詰まりするのを回避することができる。
【００４４】
＜三次元造形装置１の制御＞
次に、上述した三次元造形装置１を使用して三次元造形物を製造する際の三次元造形装置１の主な制御（本発明の「三次元造形方法」を構成する。）について、図５ないし図７を参照して説明する。なお、この説明では、三次元造形装置１の各制御対象機器の制御が行われるのに先立って、各制御対象機器を制御するための制御用プログラム２３は記憶部２２で既に記憶させておく。また、製造しようとする三次元造形物の三次元データ２４（形状データおよび色彩データを含む。）を無線通信または有線通信で他のコンピュータ等から制御装置１９の記憶部２２に転送して記憶させておく。
【００４５】
まず、図５に示すステップＳ１において、記憶された三次元データ２４に基づき、制御装置１９の駆動制御部２０の演算手段によって、三次元造形物を複数の層に分割し、層ごとの二次元データ（形状データおよび色彩データを含む。）を構築する。この説明では、ｎ個の層に分割し、第１層から第ｎ層までの層ごとの二次元データを構築するものとする。ｎの値は、インクＡの粘性や三次元造形物の高さ寸法等に基づいて設定される。
【００４６】
ステップＳ１で構築したｎ個の層の二次元データに基づき、制御装置１９の駆動制御部２０により各制御対象機器を制御して以下のステップが順次実行される。まず、ｎ個の層のうち第１層から造形を開始すべく、ステップＳ２において層番号ＮをＮ＝１と設定したのち、ステップＳ３において、ヘッド２の移動方向をＸ１方向に、下座３の移動方向をＹ１方向にそれぞれ設定する。次にステップＳ４において、ヘッド２をヘッドレール７における初期位置に、下座３を下座レール９，９における初期位置に、上座４を上座レール１２における初期位置にそれぞれ移動させる。
【００４７】
次にステップＳ５において、ヘッド２および下座３を第Ｎ層（最初はステップＳ２で設定した第１層）の造形を開始する位置に移動させる。次にステップＳ６において、第Ｎ層の二次元データに基づき、各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃから下座３の上面に向かってインクＡを吐出させながら、ヘッドレール７に沿ってヘッド２を設定方向（最初はステップＳ３で設定したＸ１方向）に移動させる。このとき、副プロジェクタ１８ｂは発光させずに副プロジェクタ１８ａのみ発光させながらヘッド２を移動させ、下座３上に吐出されたばかりのインクＡに紫外線を照射して該インクＡを仮硬化させる。ここで言う仮硬化とは、インクＡが完全に硬化した状態ではなく、下座３上に吐出されたインクＡの隣合う液滴（以下「インク滴」という。）同士が混ざり合わない程度の半硬化状態になることをいう。
【００４８】
なお、副プロジェクタ１８ｂを発光させないのは、ヘッド２の移動方向の前方に副プロジェクタ１８ｂが位置するため発光しても、吐出されたばかりのインクＡに紫外線が照射されないので、無用な発光を防止するためである。このような一対の副プロジェクタ１８ａ，１８ｂのうち何れか一方のみを発光させ他方を発光させないという制御に替えて、制御を単純化するために、双方の副プロジェクタ１８ａ，１８ｂを同時に発光させたり該発光を同時に停止するようにしてもよい。
各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃから吐出されるインクＡは、各圧電素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃを制御してそれぞれの吐出量を適宜調整して下座３上の同一の部位に重ねて吐出することで、各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃから吐出されるインクＡが混じり合って所望の色彩にすることができる。色彩としては、インクＡの種類を適宜選定することで有彩色および無彩色だけでなく透明や半透明も表出することができる。
【００４９】
ヘッド２の各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃから下座３上にインクＡを吐出させているときは、主プロジェクタ１４を駆動させない（紫外線Ｌを発光させない）。これに替えて、主プロジェクタ１４を駆動させて紫外線Ｌを発光させたまま紫外線Ｌの光路を遮蔽板（図示せず）で遮って下座３上のインクＡに紫外線Ｌが照射されないようにしてもよい。何れにしても主プロジェクタ１４から紫外線Ｌが照射されないので、インクＡの吐出作業中は、少なくとも二次元データに基づくＸ方向の移動の最端までヘッド２を移動させるだけで足り、後述するステップＳ９での逆向き方向の移動も含めてＸ１方向およびＸ２方向における紫外線Ｌの照射範囲の外方までヘッド２を移動させる必要はない。
図６の（ａ）図では、ヘッド２のＸ１方向の移動位置によって色彩が異なるインクＡがインク滴となって吐出されている状況を図示している。なお、図６では、下座３上に吐出されたインクＡの各インク滴を作図の都合上、拡大して楕円形状で図示すると共に、各インク滴の色彩の差異を白色と黒色のみで区別して表している。
【００５０】
二次元データに基づくＸ方向の移動の最端までインク吐出作業が行われたら、次にステップＳ７において、第Ｎ層（最初はステップＳ２で設定した第１層）の全領域のインク吐出作業がまだ終了していないか否かを判断する。最初は終了していないので、Ｙｅｓと判断されステップＳ８に移行し、下座レール９，９に沿って設定方向（ステップＳ３で設定したＹ１方向）に下座３を移動させる。このときの移動量（以下「１ピッチ」という。）は、各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃから下座３上に吐出されたインクＡのＹ方向幅寸法に相当する寸法以下に設定されている。設定方向に１ピッチだけ下座３を移動させたのち、ステップＳ９において、第Ｎ層の二次元データに基づき、各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃから下座３上に向かってインクＡを吐出させると共に下座３上に付着したインクＡに向かって副プロジェクタ１８ｂから紫外線を照射させながら、今度はヘッド２を逆向き方向に移動させる。このとき、無用な発光を防止するため副プロジェクタ１８ａは発光させていない。このように、一対の副プロジェクタ１８ａ，１８ｂは、同時に発光させることはなく何れか一方のみを発光させるので、説明の都合上、以下の説明では、一対の副プロジェクタ１８ａ，１８ｂのうち何れか一方の副プロジェクタのみを、どちらか特定せずに指す場合は、以下、単に「副プロジェクタ１８」と記載する。
【００５１】
ところで、下座３の１ピッチの移動量が、各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃから下座３上に吐出されたインクＡのＹ方向幅寸法より小さい値で、例えば該Ｙ方向幅寸法の半分に設定されている場合は、ヘッド２がＸ方向に一往復する時にインクＡを吐出する下座３上の吐出部位に関し、Ｘ１方向移動のときの吐出部位とＸ２方向移動のときの吐出部位とがラップしないように各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃからのインクＡの吐出が制御される。これによって、同一層のインク吐出作業において、下座３上の同一の部位にインクＡが重層されることはない。
【００５２】
インクＡを吐出させてヘッド２を移動させるとき、下座３上のインクＡに向かって副プロジェクタ１８から照射する紫外線の光量は、下座３上の隣合うインク滴同士が混ざり合わない程度の粘性をインクＡに付与する分量としている。具体的には、インクＡが完全に硬化するのに必要な光量の３０ないし５０パーセントに設定されている。これによって、インクＡが仮硬化されるため、色彩の異なる隣り合うインク滴同士が混ざり合って意図しない色彩になることが防止される。
【００５３】
なお、副プロジェクタ１８から下座３上のインクＡに照射される紫外線のＹ方向における照射幅の寸法は、ヘッド２のＸ方向移動により下座３上のインク滴に紫外線が一度だけ照射される（ヘッド２のＸ方向移動の度に複数回重複して紫外線が照射されることがない）ように小さな値に設定されている。
しかし、副プロジェクタ１８の構造上、照射幅の寸法が大きいため、ヘッド２のＸ方向移動の度に複数回重複して下座３上のインク滴に紫外線が照射される場合は、それを配慮して副プロジェクタ１８の照射光量を少な目に設定しておく。
【００５４】
また、この場合は、副プロジェクタ１８ａ，１８ｂのうち何れか一方のみを発光させるのではなく双方とも同時に発光させてもよい。これにより、副プロジェクタ１８ａ，１８ｂの双方とも下座３上のインク滴に紫外線を照射して、インクＡの仮硬化に寄与させることができる。また、この場合は、１つの層の造形において、インクＡを吐出する工程の最後の段階は、インクＡの吐出を中断した状態でヘッド２をＸ方向に移動させて副プロジェクタ１８から下座３上のインクＡに紫外線を照射するだけにする。こうすることで、下座３上のインクＡ全体に副プロジェクタ１８から紫外線が均一に照射される。
【００５５】
次にステップＳ１０において、第Ｎ層のインク吐出作業が終了したか否かを判断する。終了していない場合はＮｏと判断され、ステップＳ１１に移行して設定方向に１ピッチだけ下座３を移動させる。その後、ステップＳ６に戻って、第Ｎ層の二次元データに基づき、各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃからインクＡを吐出させると共に副プロジェクタ１８から紫外線を照射させながらヘッド２を設定方向に移動させる。
【００５６】
而して、Ｘ１方向とＸ２方向とにヘッド２を交互に往復移動させ、このヘッド２の移動ごとにＹ１方向に下座３を１ピッチずつ移動させて第１層の二次元データに基づくインク吐出作業が行われる。やがて、第１層の二次元データに基づくインク吐出作業が終了すると、ステップＳ７でＮｏと判断されステップＳ１２に移行するか、または、ステップＳ１０でＹｅｓと判断されステップＳ１２に移行する。
【００５７】
ステップＳ１２では、この後で上座４が下降したとき上座４と接触しないように、吐出部被覆装置３３の蓋体３２の真上までヘッド２を退避移動させたのち蓋体３２を上昇させてヘッド２の吐出部２ａ，２ｂ，２ｃを蓋体３２で被覆する。被覆することで吐出部２ａ，２ｂ，２ｃにおけるインクＡの乾燥が防止される。
【００５８】
次に、ステップＳ１３において、上座４の真下に下座３が位置付けられるように下座３をＹ方向に移動させたのち、下座３上のインクＡに上座４の下面が当接するまで上座４をＺ２方向に下降させる。なお、この上座４を下降させる際のＺ２方向の位置決め制御としては、この制御に先立って、下座３上に吐出され仮硬化された状態のインクＡの厚さを実験等で予め求めておき、この厚さと、下座３の膜体３ｂの上面高さ位置と、制御装置１９が制御する上で監視している上座４のＺ方向位置とに基づいて上座４の下降の位置決めを行うようにしてもよい。この場合の制御での第２層目以降の工程では、１つ前の層におけるステップＳ１３の上座４の下降工程で最も下降したときの上座４の最下降位置を記憶しておき、下座３の膜体３ｂの上面高さ位置に替えて該最下降位置に基づき上座４の下降の位置決めを行うようにする。図６の（ｂ）図は、上座４がインクＡに当接した状態を示している。
【００５９】
次に、ステップＳ１４において、下座３の上面と上座４の下面との間にインクＡを介在させた状態で主プロジェクタ１４から紫外線Ｌを発光させ、反射鏡１５による反射によって下座３の下方から下座３に向かって紫外線Ｌを照射させる。照射された紫外線Ｌは、下座３の下座本体３ａおよび膜体３ｂを透過して下座３上のインクＡに照射され、インクＡが硬化される。なお、主プロジェクタ１４および反射鏡１５によって紫外線Ｌを照射できる範囲よりも下座３上に付着したインクＡの面積が広いため一度にインクＡ全体を照射できない場合は、主プロジェクタ１４または反射鏡１５の少なくとも何れか一方の配置位置や配置角度を適宜変更してインクＡの一部の領域ずつ紫外線Ｌを照射する。これによって、インクＡ全体に漏れなく紫外線Ｌを照射することができる。
【００６０】
主プロジェクタ１４および反射鏡１５の配置位置や配置角度の変更は、図示しない駆動装置を制御装置１９により制御することによってそれぞれ行う。図６の（ｃ）図は、下座３上のインクＡに紫外線Ｌが照射されている状態を示している。紫外線Ｌの光量および照射時間は、上述した副プロジェクタ１８による紫外線の照射を加味した上で、下座３上のインクＡが硬化して上座４の下面に付着するのに必要な分量以上とされ、予め実験によって求められている。硬化に要する紫外線Ｌの照射時間としては、例えば、数マイクロ秒ないし数ミリ秒またはその数倍の時間を挙げることができる。下座３上のインクＡの各インク滴は、紫外線Ｌの照射による硬化により一体化される。
【００６１】
下座３上のインクＡが硬化したのち、ステップＳ１５において、硬化したインクＡを上座４の下面に付着させた状態で上座４を上昇させ、インクＡを下座３上から剥離させる。図７の（ｄ）図は、上座４を上昇させている状態を示している。なお、図７では、説明の都合上、各インク滴の形状を、硬化前を楕円形状とし硬化後を矩形状として図示すると共に、作図の都合上、各インク滴の色彩の差異を白色と黒色のみで区別して表している。
【００６２】
次に、ステップＳ１６において、造形が終了した現在の層番号Ｎが最後の層番号ｎであるか否かを判断する。最後の層番号ｎでなければＮｏと判断されてステップＳ１７に移行し層番号ＮをＮ＋１にインクリメントしたのちステップＳ５に戻り、第２層目の造形を開始する。そして、層番号Ｎが最後の層番号ｎになるまで上述したステップＳ５からステップＳ１７を繰り返す。なお、第２層目以降の造形工程におけるステップＳ１２では、上座４の下面に既に付着した硬化後のインクＡの下面が下座３上のインクＡに当接するまで上座４をＺ２方向に下降させる。図７の（ｅ）図は、第１層目および第２層目のインクＡが下座３と上座４との間に介在した状態で紫外線Ｌが照射されて第２層目のインクＡの硬化が終了し、この硬化により第１層のインクＡと第２層のインクＡとが積層一体化した状態を図示している。
【００６３】
下座３上にインクＡを吐出するとき、各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃのうちインクＡを吐出する吐出部を適宜選定することで三次元造形物の表面や内部をそれらの各部位ごとに所望の色彩にすることができ、表面を透明にして内部の色彩を付けた部分が透けて見えるようにすることもできる。このようにインクＡ自体が色彩を有するので、紫外線Ｌの照射によりインクＡが硬化して一体化した後は三次元造形物の内部まで色彩を帯びているため、たとえ三次元造形物の表面の一部が衝撃を受けて損傷したとしても三次元造形物の色味への影響は殆どない。
【００６４】
図７の（ｆ）図は、硬化により一体化した第１層から第４層までのインクＡの下面を、下座３上に吐出されたインクＡに当接させるべく上座４をＺ２方向に下降させている状態を図示している。図７の（ｇ）図は、第７層のインクＡが硬化して、既に硬化して一体化している第１層から第６層までのインクＡと積層一体化し、該積層一体化した第１層から第７層までのインクＡが、上座４と共にＺ１方向に上昇し下座３の上面から剥離している状態を図示している。なお、図７の（ｇ）図には、第２層から第５層までの造形の過程でインクＡの吐出を一部の領域で意図的に中断した結果、閉空間Ｃが形成された状態を図示している。
【００６５】
而して、造形が終了した層番号Ｎが最後の層番号ｎになったらステップＳ１６においてＹｅｓと判断され造形を終了する。
その後、上座４の下面に付着した三次元造形物は、箆またはカッター等の切断手段によって上座４の下面から切り離される。なお、切断手段によって切り離す方法に替えて、硬化したインクＡより溶融温度が低い熱可塑性樹脂材のＵＶ硬化インクを、第１層の造形の前に別個の吐出部から下座３上に吐出して第１層と同一の造形を行って下地層を形成しておき、その下地層に続いて第１層以降を積層形成するようにしてもよい。これによって、三次元造形物の造形が終了した後、加熱して下地層を溶融することで切断手段を使用せずとも上座４の下面から三次元造形物を容易に切り離すことができる。
【００６６】
上述したような本発明の実施の形態によれば、ヘッド２から下方に向かってインクＡを吐出し、この吐出したインクＡは、下座３の上面に受け止められて該上面に付着するので付着した位置から垂下することはない。このため、下座３の上面と上座４の下面との間にインクＡを介在させた状態で紫外線Ｌを照射してインクＡを硬化させ上座４側に付着させると共に下座３の上面から剥離させて積層形成することで、内部に閉空間Ｃを有し、かつ、寸法形状が高精度の三次元造形物を容易に製造することができる。また、ヘッド２の各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃから色彩の異なるインクＡを吐出することで、内部を含めた部位ごとに異なる色彩を有する三次元造形物を製造することができる。また、硬化後のインクＡは、一体的に結合して一塊の三次元造形物を形成するので、強固な三次元造形物を製造することができる。
【００６７】
また、下座３を紫外線Ｌが透過可能な透明の部材で構成する一方、主プロジェクタ１４から射光された紫外線Ｌは下座３の下方から該下座３を透過してインクＡに照射されるようにしたので、下座３の上面と上座４の下面との間にインクＡを介在させた状態にも拘わらず紫外線Ｌを確実かつ容易にインクＡに照射することができる。
【００６８】
また、一対の副プロジェクタ１８ａ，１８ｂをヘッド２に固定したので、紫外線を照射する照射領域（小領域）をヘッド２に正確に追随して移動させることができ、かつ、追随移動させる機構を単純な構造で構成することができる。
また、ヘッド２と共に移動しながら副プロジェクタ１８により紫外線を照射して下座３上のインクＡを硬化させるようにしたので、下座３の上面に吐出されたばかりのインクＡのうち隣合うインク滴同士が混ざり合う虞がない。このため、色彩の異なる隣り合うインク滴同士が混ざり合って意図しない色彩になることが防止される。
また、副プロジェクタ１８からの紫外線の照射によるインクＡの硬化の程度は、紫外線照射装置５からの紫外線Ｌの照射によるインクＡの硬化の程度よりも低くなるようにしたので、副プロジェクタ１８からの光の照射によってインクＡを半硬化状態にすることができ、その後、紫外線照射装置５により紫外線Ｌを照射して完全に硬化させるようにしたので、インクＡを上座４側に付着させることができる。
【００６９】
また、ヘッド２をＸ方向に移動可能に構成し、下座３をＹ方向に移動可能に構成し、上座４をＺ方向に昇降可能に構成したので、上座４は、ヘッド２の高さ位置より上方の位置に移動することで、Ｘ方向に移動するヘッド２との接触を容易に回避することができる。また、その回避のための上座４の移動は、元々、高精度に昇降可能に構成したＺ方向のうちのＺ１方向にヘッド２の高さ位置より上方で、かつ、上座４の下面に付着した三次元造形物とヘッド２とが接触しない高さ位置に移動するだけで足りるので、水平方向に回避移動する場合と比べて、装置が大型化・複雑化しないで済むだけでなく回避のための移動距離および移動時間を短縮することもできる。また、Ｚ方向の昇降機構に水平方向の移動機構を上座４にさらに追加することに起因して、下座３に相対する上座４の水平方向位置精度が悪化するという虞もない。
【００７０】
また、ヘッド２，下座３および上座４の移動がそれぞれ単一の方向となることで制御装置１９の駆動制御部２０による制御が単純化され、それぞれの移動位置精度を高くすることができる。
また、ヘッド２が移動する際の可動範囲Ｈと上座４が移動する際の可動範囲Ｋとをラップさせたので、その分、三次元造形装置１全体の占有容積を小さくすることができる。図２に示すＸ方向から見た状態でヘッド２の可動範囲Ｈの一部を上座４の可動範囲Ｋとラップさせることで、三次元造形装置１をＹ方向にコンパクトにすることができる。なお、図２に示すＸ方向から見たとき、ヘッド２の可動範囲Ｈの一部ではなく全部が上座４の可動範囲Ｋとラップするようにしてもよい。その場合は、三次元造形装置１をＹ方向にさらにコンパクトにすることができる。
また、図１および図３から分かるように、ヘッド２は、上座４が移動する際の可動範囲Ｋの外方に移動可能に構成したので、ヘッド２と上座４との各可動範囲Ｈ，Ｋをラップさせたにも拘わらず、上座４の下面または該下面に付着し硬化したインクＡの下面を下座３の上面に付着したインクＡの上面に接触させて硬化させる際に、上座４の可動範囲Ｋの外方にヘッド２を移動させておくことで上座４を支障なく下降させることができる。
【００７１】
また、ヘッド２は、紫外線照射装置５により紫外線Ｌが照射される照射範囲の外方に移動可能に構成したので、紫外線Ｌの照射中は照射範囲外にヘッド２を移動退避させることで、ヘッド２の各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃのインクＡが紫外線Ｌの照射により硬化して各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃが目詰まりするのを回避することができる。
また、紫外線照射装置５により紫外線Ｌが照射される照射範囲のＸ２方向外方にヘッド２が移動したとき、ヘッド２の各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃを覆う蓋体３２を設けたので、各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃからインクＡが吐出されない間、各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃを蓋体３２で被覆することで各吐出部２ａ，２ｂ，２ｃのインクＡが乾燥するのを防止することができる。また、紫外線照射装置５により紫外線Ｌが照射される照射範囲の外方に蓋体３２を配置したので、蓋体３２に付着したインクＡが紫外線Ｌの照射により硬化するのを回避することができ、硬化による不具合を防止することができる。
【００７２】
次に、本発明の２つの変形例について以下に述べる。なお、これらの変形例では、上述した実施の形態で説明した内容と同一の部分については、図や説明を省略し、異なる部分についてのみ詳細に説明する。また、これらの変形例で参照する図において、上述した実施の形態で説明したものと同一または同等の部材等については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。これらの変形例においても、上述した本発明の実施の形態と同一または同等の構成については、同様の作用・効果を奏することができるのは言うまでもない。
【００７３】
＜第１変形例＞
上述した実施の形態では、下座３上にインクＡを吐出しながら副プロジェクタ１８により紫外線を照射して、色彩の異なる隣り合うインク滴同士が混ざり合わないようにする例を示したが、図８に示す第１変形例のように一対の副プロジェクタ１８ａ，１８ｂを省略してもよい。第１変形例では、インクＡのインク滴を１個置きに間引きして吐出し、吐出の有無で市松模様を形成するように下座３上に吐出することで、隣り合うインク滴の間に間隙を設け、隣り合うインク滴同士が混ざり合わないようにしている。図８では、説明の都合上、各インク滴の形状を、硬化前を楕円形状とし硬化後を矩形状として図示すると共に、作図の都合上、各インク滴の色彩の差異を白色と黒色のみで区別して表している。
【００７４】
図８の（ａ）図はインク滴を１個置きに間引きして第１層目の吐出を行っている様子を図示し、（ｂ）図はその第１層目の間引き吐出したインクＡに紫外線照射装置５の主プロジェクタ１４から発光された紫外線Ｌを照射して硬化させたのち上座４に付着させた状態で上座４を上昇させている様子を図示している。図８の（ｃ）図は前記間引き位置に対応する位置に市松模様状にインクＡの第１層目の吐出を行っている様子を図示し、（ｄ）図は硬化した状態で上座４に付着したインクＡの前記間引き位置が下座３上のインクＡの付着した位置に合致するように上座４を下座３に向かって降下させている様子を図示している。
【００７５】
図８の（ｅ）図は、硬化した状態で市松模様状に上座４に付着したインクＡと、該インクＡの前記間引き位置に下座３上のインクＡが介在している様子を図示している。図８の（ｆ）図は、紫外線Ｌの照射により下座３上のインクＡを硬化させて上座４の下面に付着させると共に上座４に付着したインクＡに付着させ、上座４側と下座３側とのインクＡ同士を一体化し第１層目を形成した様子を図示している。
【００７６】
＜第２変形例＞
上述した実施の形態および第１変形例では、三次元造形物は、その高さ方向に直交する横断面積がその高さ方向全域に亘って比較的大きく、上座４の下面への付着面積も大きい例を示した。これに対して、高さ方向に直交する横断面積がその高さ方向によって大きく異なり、特に、上座４の下面への付着面積が小さい三次元造形物の場合は、その分、上座４の下面への付着力が弱くなる。このため、上座４に三次元造形物を付着させた状態で上座４を上昇させると、三次元造形物がその自重で上座４の下面から剥離して落下する虞がある。
【００７７】
この落下を防止するためには、図９に示す第２変形例のように、三次元造形物の上座４への付着部分を囲繞するように上座４の下面と三次元造形物との間に複数の柱状体４２を櫛状に間隙を隔てて懸架し、これらの柱状体４２…によって三次元造形物を上座４に吊り下げるようにするとよい。なお、図９では、柱状体４２と三次元造形物との差異を明確にするために、柱状体４２をハッチング入りの白色の矩形で、三次元造形物の部分をハッチング無しの白色の矩形でそれぞれ図示している。複数の柱状体４２…は、三次元造形物の造形が終了した後、箆またはカッター等の切断手段によって切り離される。これ以外の切離方法としては、造形材料より溶融温度が低い熱可塑性樹脂材のＵＶ硬化インクを、三次元造形物を造形する過程で別個の吐出部から下座３上に吐出して三次元造形物の造形と同時に形成する。複数の柱状体４２…は、三次元造形物の造形が終了した後、加熱して溶融し除去することで三次元造形物から容易に分離することができる。
【００７８】
上述した本発明の実施の形態および各変形例は本発明を説明するための一例であり、本発明は、前記の実施の形態および各変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲と明細書との全体から読み取れる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更後の構成もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００７９】
例えば、上述した実施の形態および各変形例においては、下座３上の任意の位置にインクＡを吐出する手段と、下座３上のインクＡに紫外線Ｌを照射して硬化させ、それを積層形成する手段とを１つのユニットとして構成した例を示したが、各手段をそれぞれ別個の装置として構成してもよい。
また、上述した実施の形態および各変形例においては、主プロジェクタ１４から発光した紫外線Ｌを反射鏡１５により反射して下座３上のインクＡに照射する例を示したが、反射鏡１５を省略して主プロジェクタ１４から発光した紫外線Ｌを下座３上のインクＡに直接照射するようにしてもよい。これとは逆に、主プロジェクタ１４から発光した紫外線Ｌを複数の反射鏡の反射により紫外線Ｌの光路を屈曲させ下座３上のインクＡに照射するようにしてもよい。複数の反射鏡を適宜配置することで、主プロジェクタ１４を所望の位置（例えば、ヘッド２より上方の高さ位置）に配置することができる。
【００８０】
また、上述した実施の形態においては、ヘッド２が移動する際の可動範囲Ｈと上座４が移動する際の可動範囲Ｋとをラップさせる例を示したが、これに替えて、ヘッド２の可動範囲Ｈの全てを上座４の可動範囲Ｋ外に位置付け、両可動範囲Ｈ，Ｋがラップしないようにしてもよい。この場合は、ヘッド２により下座３の上面にインクＡを吐出しているときでもヘッド２との干渉を気にすることなく、上座４は、その下面または該下面に付着し硬化したインクＡの下面と下座３の上面に付着したインクＡの上面とが接触しない程度の若干の隙間を残した高さまで下降させておくことができる。これによって、上座４の下面または該下面に付着し硬化したインクＡの下面を下座３の上面に付着したインクＡの上面に接触させて硬化させるために上座４を下降させる動作時間を可及的短縮することができる。この結果、その分、三次元造形物の造形に要する作業時間を短縮することができる。
【００８１】
また、上述した実施の形態においては、紫外線照射装置５とは別個の一対の副プロジェクタ１８ａ，１８ｂから発光した紫外線を下座３上のインクＡに照射して仮硬化する例を示したが、これに替えて、紫外線照射装置５の主プロジェクタ１４から発光された紫外線Ｌを下座３上のインクＡに照射して仮硬化するようにしてもよい。この場合は、一対の副プロジェクタ１８ａ，１８ｂを省略することができる。具体的には、主プロジェクタ１４から発光して下座３上のインクＡに照射する紫外線Ｌの光量を、仮硬化させるときだけ該仮硬化に適した光量に調整すると共にヘッド２に追随して照射領域をＸ方向に移動させる。言うまでもなく、この場合の光量としては、その光量での紫外線Ｌの照射によるインクＡの硬化の程度が、下座３と上座４との間に介在させた状態でインクＡに照射し該インクＡを上座４側に付着させるときの紫外線Ｌの照射によるインクＡの硬化の程度よりも低くなるように設定される。
【００８２】
また、この場合の照射領域としては、下座３上のインク滴に紫外線Ｌが一度だけ照射される（ヘッド２のＸ方向移動の度に複数回重複して紫外線Ｌが照射されることがない）ような小領域に設定される。これによって、下座３上に吐出されたばかりのインクＡのみに紫外線Ｌを照射することができる。紫外線Ｌの照射領域を小領域に設定する方法の一例としては、紫外線照射装置５の構成部材として小さな開口が形成された遮蔽板（図示せず）をさらに設け、主プロジェクタ１４から発光された紫外線Ｌの光路を遮蔽板で遮って小さな開口からのみ紫外線Ｌを通過させる方法が挙げられる。
なお、紫外線照射装置５の構造上、照射領域を小領域に設定できないため、ヘッド２のＸ方向移動の度に複数回重複して下座３上のインク滴に紫外線Ｌが照射される場合は、それを配慮して主プロジェクタ１４の照射光量を少な目に設定しておく。
【００８３】
また、下座３上のインクＡに照射する小領域をヘッド２に追随してＸ方向に移動させる方法の一例としては、主プロジェクタ１４，反射鏡１５または前記遮蔽板の少なくとも何れか一つの配置位置や配置角度を適宜変更することでヘッド２に追随して照射領域をＸ方向に移動させる方法が挙げられる。主プロジェクタ１４，反射鏡１５または前記遮蔽板の配置位置や配置角度の変更は、図示しない駆動装置を制御装置１９により制御することによってそれぞれ行うようにする。
また、上述した実施の形態および各変形例の主プロジェクタ１４および副プロジェクタ１８のように紫外線を発光する手段としてプロジェクタを使用する例を示したが、これらのプロジェクタ１４，１８のうち少なくとも何れか一方のプロジェクタに替えて、紫外線ランプを使用するようにしてもよい。
【００８４】
また、上述した実施の形態および各変形例においては、造形材料としてＵＶ硬化インクを使用する例を示したが、これに替えて、紫外線の照射により硬化する液状の樹脂を使用してもよい。
また、上述した実施の形態および各変形例においては、不可視光線である紫外線Ｌを照射する紫外線照射装置５と、この紫外線照射装置５による紫外線Ｌの照射により硬化するＵＶ硬化インクとを使用する例を示したが、これに替えて、赤外線、Ｘ線もしくはレーザー光線等の他の不可視光線または可視光領域の波長を有するレーザー光線等の可視光線を照射する照射装置と、この照射装置による光線の照射により硬化する造形材料とを使用するようにしてもよい。
【００８５】
また、上述した実施の形態および各変形例においては、上座４をＺ方向に昇降させる例を示したが、これに替えて、下座３をＺ方向に昇降させるか、または、下座３と上座４とを共に昇降させて両者を相対的にＺ方向に移動するようにしてもよい。
また、上述した実施の形態および各変形例においては、ヘッド２をＸ方向に、下座３をＹ方向にそれぞれ移動させる例を示したが、これに替えて、下座３をＹ方向に移動させずに、Ｘ方向に延びるレールとＹ方向に延びるレールとを備えＸ方向およびＹ方向に移動可能なＸＹテーブルにヘッド２を固定して水平方向の任意の位置にヘッド２を移動させるようにしてもよい。これによっても、下座３に対してヘッド２を精度良く位置付けることができ、寸法形状が高精度の三次元造形物を製造することができる。
【００８６】
また、上述した実施の形態および各変形例においては、ヘッド２、下座３および上座４の可動部材を駆動するモータとして、それぞれリニアモータ８，１０，１３を使用する例を示したが、これらのリニアモータ８，１０，１３のうち少なくとも何れか１つのモータに替えて、前記可動部材にナット部材を組み付け、該ナット部材が螺合されたボールねじ軸をサーボモータで回転して該ナット部材が任意の位置に移動可能なねじ送り機構により前記可動部材を駆動するようにしてもよい。また、これ以外の前記可動部材の駆動手段として、複数のプーリに巻き掛けられたベルトまたはワイヤ等の可撓性の伝動手段に前記可動部材を固定して、前記プーリを回転駆動することで前記可動部材を伝動手段と共に移動させるようにしてもよい。
さらにまた、上述した実施の形態および各変形例においては、３色のインクＡを吐出することができるように、吐出部２ａ，２ｂ，２ｃとインクタンク２９とを３個ずつ設けた例を示したが、１色もしくは２色または４色以上のインクＡを吐出することができるように、吐出部とインクタンク２９との個数を適宜選定してもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１  三次元造形装置
２  ヘッド
２ａ，２ｂ，２ｃ  吐出部
３  下座
４  上座
５  紫外線照射装置（第１光照射手段）
１８ａ，１８ｂ  副プロジェクタ（第２光照射手段）
１９  制御装置（コンピュータ）
２３  制御用プログラム
２５  記録媒体
３２  蓋体
Ａ  ＵＶ硬化インク（造形材料）
Ｈ  可動範囲
Ｋ  可動範囲
Ｌ  紫外線（所定の光）
【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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