(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の色及び第２の色を含む複数の色の液体を吐出可能であって、
吐出された当該液体により
第１サイズの第１ドット、第２サイズの第２ドット及び第３サイズの第３ドットを含む、複数サイズのドットを形成可能なヘッドユニットと、
前記ドットを硬化させる硬化ユニットと、
を備え、
硬化した前記ドットを用いて形成された所定の厚さの造形層を積層させることで立体物を造形する立体物造形装置であって、
前記第２サイズは、前記第３サイズよりも小さく、
前記第３サイズは、前記第１サイズよりも小さく、
前記造形層は、
所定体積の単位造形体の集合として形成され、
前記単位造形体は、
１つの前記第１ドット、または、複数の前記第２ドットから形成可能である、
ことを特徴とする立体物造形装置。
【請求項２】
第１の色及び第２の色を含む複数の色の液体を吐出可能であって、
吐出された当該液体により
第１サイズの第１ドット、第２サイズの第２ドット及び第３サイズの第３ドットを含む、複数サイズのドットを形成可能なヘッドユニットと、
前記ドットを硬化させる硬化ユニットと、
を備え、
硬化した前記ドットを用いて形成された所定の厚さの造形層を積層させることで立体物を造形する立体物造形装置であって、
前記第２サイズは、前記第３サイズよりも小さく、
前記第３サイズは、前記第１サイズよりも小さく、
前記造形層は、
所定体積の単位造形体の集合として形成され、
前記単位造形体は、
１または複数の前記第２ドット及び１または複数の前記第３ドットを含む複数のドットから形成可能である、
ことを特徴とする立体物造形装置。
【請求項３】
第１の色及び第２の色を含む複数の色の液体を吐出可能であって、
吐出された当該液体により
第１サイズの第１ドット、第２サイズの第２ドット及び第３サイズの第３ドットを含む、複数サイズのドットを形成可能なヘッドユニットと、
前記ドットを硬化させる硬化ユニットと、
前記ヘッドユニットからの液体の吐出を制御する制御部と、
を備え、
硬化した前記ドットを用いて形成された所定の厚さの造形層を積層させることで立体物を造形する立体物造形装置であって、
前記第２サイズは、前記第３サイズよりも小さく、
前記第３サイズは、前記第１サイズよりも小さく、
前記制御部は、
前記造形層を、
所定体積の単位造形体の集合として形成し、
前記単位造形体を、
１つの前記第１ドット、または、複数の前記第２ドットにより形成するように、
前記ヘッドユニットからの液体の吐出を制御可能である、
ことを特徴とする、立体物造形装置。
【請求項４】
第１の色及び第２の色を含む複数の色の液体を吐出可能であって、
吐出された当該液体により
第１サイズの第１ドット、第２サイズの第２ドット及び第３サイズの第３ドットを含む、複数サイズのドットを形成可能なヘッドユニットと、
前記ドットを硬化させる硬化ユニットと、
前記ヘッドユニットからの液体の吐出を制御する制御部と、
を備え、
硬化した前記ドットを用いて形成された所定の厚さの造形層を積層させることで立体物を造形する立体物造形装置であって、
前記第２サイズは、前記第３サイズよりも小さく、
前記第３サイズは、前記第１サイズよりも小さく、
前記制御部は、
前記造形層を、
所定体積の単位造形体の集合として形成し、
前記単位造形体を、
１または複数の前記第２ドット及び１または複数の前記第３ドットを含む複数のドットにより形成するように、
前記ヘッドユニットからの液体の吐出を制御可能である、
ことを特徴とする、立体物造形装置。
【請求項５】
第１の色及び第２の色を含む複数の色の液体を吐出可能であって、
吐出された当該液体により
第１サイズの第１ドット、第２サイズの第２ドット及び第３サイズの第３ドットを含む、複数サイズのドットを形成可能なヘッドユニットと、
前記ドットを硬化させる硬化ユニットと、
前記ヘッドユニットからの液体の吐出を制御する制御部と、
を備え、
硬化した前記ドットを用いて形成された所定の厚さの造形層を積層させることで立体物を造形する立体物造形装置であって、
前記第２サイズは、前記第３サイズよりも小さく、
前記第３サイズは、前記第１サイズよりも小さく、
前記制御部は、
前記造形層を、
所定体積の単位造形体の集合として形成し、
前記単位造形体を、
１つの前記第１ドットにより形成するように、
前記ヘッドユニットからの液体の吐出を制御可能である、
ことを特徴とする、に記載の立体物造形装置。
【請求項６】
前記第１の色は、有彩色であり、
前記第２の色は、無彩色である、
ことを特徴とする、請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の立体物造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体物造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、３Ｄプリンター等の立体物造形装置が各種提案されている。立体物造形装置は、インク等の液体を吐出して形成したドットを硬化させ、硬化したドットにより所定の厚さを有する造形層を形成し、形成した造形層を積層させることで立体物を造形する。
このような立体物造形装置において、カラーの立体物を造形するために、複数の色の液体により形成された複数の色のドットにより、立体物を造形する技術が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２８０３５４号公報
【特許文献２】特開２０１３−０７５３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、立体物造形装置は、造形層を積層させることで立体物を造形するため、各造形層は厚さが均一となるように形成される。このため、一般的に、各造形層を構成するドットも、そのサイズが均一となるように形成される。
立体物を構成するドットのサイズが均一である場合、立体物の色彩は、ドット毎の色の組み合わせにより表現される。この場合、隣り合う２つのドット間での色の変化が大きくなり粒状感が顕在化してしまうという問題や、立体物の色彩がドットのサイズとドットを形成するための液体の色数とに依存するため立体物の濃淡を十分に表現できなくなるという問題がある等、本来表現すべき色彩を正確に表現できない場合が存在した。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、立体物造形装置が造形する立体物において、正確な色の表現を可能とする技術を提供することを、解決課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するために、本発明に係る立体物造形装置は、第１の色及び第２の色を含む複数の色の液体を吐出可能であって、吐出された当該液体により第１サイズの第１ドット及び第２サイズの第２ドットを含む、複数サイズのドットを形成可能なヘッドユニットと、前記ドットを硬化させる硬化ユニットと、を備え、硬化した前記ドットを用いて形成された所定の厚さの造形層を積層させることで立体物を造形する立体物造形装置であって、前記造形層は、前記第１ドット及び前記第２ドットを含んで形成される、ことを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、造形層を、互いにサイズの異なる第１ドット及び第２ドットを用いて形成するため、表現すべき色の濃淡の程度に応じて、使用するドットを使い分けることができる。このため、単一のサイズのドットにより造形層を形成する場合と比較して、表現される色の階調数を増加させることが可能となり、正確な色の表現が可能となる。
【０００８】
また、上述した立体物造形装置は、前記ヘッドユニットからの液体の吐出を制御する制御部を備え、前記第２サイズは、前記第１サイズよりも小さく、前記制御部は、前記造形層を、所定体積の単位造形体の集合として形成し、前記単位造形体を、１つの前記第１ドット、または、複数の前記第２ドットにより形成するように、前記ヘッドユニットからの液体の吐出を制御可能である、ことを特徴とすることが好ましい。
【０００９】
すなわち、上述した立体物造形装置において、前記第２サイズは、前記第１サイズよりも小さく、前記造形層は、所定体積の単位造形体の集合として形成され、前記単位造形体は、１つの前記第１ドット、または、複数の前記第２ドットから形成可能である、ことを特徴としてもよい。
【００１０】
この態様によれば、１つの第１ドットまたは複数の第２ドットにより形成された単位構造体の集合として造形層を形成するため、造形層の厚さを均一化することができる。このため、造形層を積層して造形される立体物の形状を、本来造形すべき正確な形状とすることができる。
【００１１】
また、上述した立体物造形装置は、前記ヘッドユニットからの液体の吐出を制御する制御部を備え、前記ヘッドユニットは、吐出した液体により第３サイズの第３ドットを形成可能であり、前記第２サイズは、前記第３サイズよりも小さく、前記第３サイズは、前記第１サイズよりも小さく、前記制御部は、前記造形層を、所定体積の単位造形体の集合として形成し、前記単位造形体を、１または複数の前記第２ドット及び１または複数の前記第３ドットを含む複数のドットにより形成するように、前記ヘッドユニットからの液体の吐出を制御可能である、ことを特徴とすることが好ましい。
【００１２】
すなわち、上述した立体物造形装置において、前記ヘッドユニットは、吐出した液体により第３サイズの第３ドットを形成可能であり、前記第２サイズは、前記第３サイズよりも小さく、前記第３サイズは、前記第１サイズよりも小さく、前記造形層は、所定体積の単位造形体の集合として形成され、前記単位造形体は、１または複数の前記第２ドット及び１または複数の前記第３ドットを含む複数のドットから形成可能である、ことを特徴としてもよい。
【００１３】
この態様によれば、造形層を、互いにサイズの異なる第２ドット、及び、第３ドットを用いて形成するため、表現すべき色の濃淡の程度に応じて、使用するドットを使い分けることができる。よって、単一のサイズのドットにより造形層を形成する場合と比較して、階調数を多くすることができ、正確な色の表現が可能となる。
また、この態様によれば、単位構造体の集合として造形層を形成するため、造形層の厚さを均一化し、本来造形すべき正確な形状の立体物を造形することができる。
【００１４】
また、上述した立体物造形装置において、前記制御部は、前記単位造形体を、１つの前記第１ドットにより形成するように、前記ヘッドユニットからの液体の吐出を制御可能である、ことを特徴とすることが好ましい。
【００１５】
この態様によれば、造形層を、互いにサイズの異なる第１ドット、第２ドット、及び、第３ドットを用いて形成するため、階調数を多くすることができ、正確な色の表現が可能となる。
【００１６】
また、上述した立体物造形装置において、前記第１の色は、有彩色であり、前記第２の色は、無彩色である、ことを特徴とすることが好ましい。
【００１７】
この態様によれば、有彩色のドットだけでは単位構造体を形成できない場合に、有彩色のドットに加えて無彩色のドットを形成することで、単位構造体を形成することができる。このため、造形層の厚さを均一化して正確な形状の立体物の造形を可能とするとともに、高階調な色の表現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る立体物造形システム１００の構成を示すブロック図である。
【図２】立体物造形システム１００による立体物Ｏbjの造形について説明するための説明図である。
【図３】立体物造形装置１の概略的な断面図である。
【図４】記録ヘッド３０の概略的な断面図である。
【図５】駆動信号Ｖinの供給時における吐出部Ｄの動作を説明するための説明図である。
【図６】記録ヘッド３０におけるノズルＮの配置例を示す平面図である。
【図７】駆動信号生成部３１の構成を示すブロック図である。
【図８】選択信号Ｓelの内容を示す説明図である。
【図９】駆動波形信号Ｃomの波形を表すタイミングチャートである。
【図１０】造形処理を説明するためのフローチャートである。
【図１１】ボクセルＶxとドットとの関係を説明するための説明図である。
【図１２】対比例１に係る造形層ＬＹを説明するための説明図である。
【図１３】対比例２に係る造形層ＬＹを説明するための説明図である。
【図１４】本発明に係る造形層ＬＹを説明するための説明図である。
【図１５】変形例１に係る造形処理を説明するためのフローチャートである。
【図１６】変形例１に係る立体物造形システム１００による立体物Ｏbjの造形について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
＜Ａ．実施形態＞  
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。
【００２１】
＜１．立体物造形システムの構成＞
以下、図１乃至図９を参照しつつ、本実施形態に係る立体物造形装置１を具備する立体物造形システム１００の構成について説明する。
【００２２】
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、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所定の厚さΔＺの造形層ＬＹを形成し、造形層ＬＹを積層することで立体物Ｏbjを造形する立体物造形装置１と、立体物造形装置１が造形する立体物Ｏbjを構成する複数の造形層ＬＹの各々の形状及び色彩を定める造形層データＦＤを生成するホストコンピューター９と、を備える。
【００２３】
＜１．１．ホストコンピューターについて＞
図１に示すように、ホストコンピューター９は、ホストコンピューター９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９の制御プログラム、立体物造形装置１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、立体物造形装置１が造形すべき立体物Ｏbjの形状及び色彩を指定する形状データＤatを生成する形状データ生成部９２と、形状データＤatに基づいて造形層データＦＤを生成する造形データ生成部９３と、を備える。
【００２４】
形状データ生成部９２は、ホストコンピューター９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。この形状データ生成部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形状データＤatを生成する。
【００２５】
なお、本実施形態では、形状データＤatが、立体物Ｏbjの外部形状を指定する場合を想定する。換言すれば、形状データ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、形状データ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、形状データ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、形状データＤatは、立体物Ｏbjの外部形状や色彩に加えて、立体物Ｏbjの内部形状や材料等を指定するものであってもよい。
形状データ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。
【００２６】
造形データ生成部９３は、ホストコンピューター９のＣＰＵが情報記憶部に記憶されている立体物造形装置１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。この造形データ生成部９３は、形状データ生成部９２が生成する形状データＤatに基づいて、立体物造形装置１が形成する造形層ＬＹの形状及び色彩を定める造形層データＦＤを生成する。
なお、以下では、立体物Ｏbjが、Ｑ層の造形層ＬＹ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、第ｑ層の造形層ＬＹを、造形層ＬＹ[q]と称し、第ｑ層の造形層ＬＹ[q]の形状及び色彩を定める造形層データＦＤを、造形層データＦＤ[q]と称する（ｑは、１≦ｑ≦Ｑを満たす自然数）。
【００２７】
図２は、形状データＤatと、造形層データＦＤに基づいて形成される造形層ＬＹと、の関係を説明するための説明図である。
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、造形データ生成部９３は、所定の厚さΔＺを有する造形層ＬＹ[1]〜ＬＹ[Q]の形状及び色彩を定める造形層データＦＤ[1]〜ＦＤ[Q]を生成するために、まず、形状データＤatの示す三次元の形状を所定の厚さΔＺ毎にスライスすることで、造形層ＬＹ[1]〜ＬＹ[Q]と１対１に対応する断面体データＬdat[1]〜Ｌdat[Q]を生成する。ここで、断面体データＬdatとは、形状データ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、断面体データＬdatは、形状データ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を含むデータであればよい。
なお、図２（Ａ）は、第１層の造形層ＬＹ[1]に対応する断面体データＬdat[1]を例示し、図２（Ｂ）は、第２層の造形層ＬＹ[2]に対応する断面体データＬdat[2]を例示している。
【００２８】
次に、造形データ生成部９３は、断面体データＬdat[q]の示す形状及び色彩に対応する造形層ＬＹ[q]を形成するために、立体物造形装置１が形成すべきドットの配置を決定し、決定結果を、造形層データＦＤ[q]として出力する。つまり、造形層データＦＤ[q]は、断面体データＬdat[q]を格子状に細分化することで、断面体データＬdat[q]の示す形状及び色彩をボクセルＶxの集合として表した場合に、複数のボクセルＶxの各々に形成すべきドットを指定するデータである。ここで、ボクセルＶxとは、所定サイズの直方体または立方体であり、所定の厚さΔＺを有し、所定体積を有する。また、本実施形態において、ボクセルＶxの体積及びサイズは、立体物造形装置１が形成可能なドットのサイズに応じて定められる。以下では、第ｑ層の造形層ＬＹ[q]に対応するボクセルＶxを、ボクセルＶxqと称する場合がある。
また、以下では、立体物Ｏbjを構成する造形層ＬＹの構成要素であって、１個のボクセルＶxに対応して形成された、所定体積を有する所定の厚さΔＺの構成要素を、単位造形体と称することがある。詳細は後述するが、単位造形体は、１または複数のドットにより構成される。換言すれば、単位造形体とは、１個のボクセルＶxを満たすように形成された、１または複数のドットである。すなわち、本実施形態において、造形層データＦＤは、各ボクセルＶxに、１または複数のドットを形成すべきことを指定する。
【００２９】
造形データ生成部９３が造形層データＦＤ[q]を出力すると、立体物造形装置１は、図２（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、造形層データＦＤ[q]に基づいて造形層ＬＹ[q]を形成する。なお、図２（Ｃ）は、断面体データＬdat[1]から生成された造形層データＦＤ[1]に基づいて、造形台４５上に形成された第１層の造形層ＬＹ[1]を示し、図２（Ｄ）は、断面体データＬdat[2]から生成された造形層データＦＤ[2]に基づいて、造形層ＬＹ[1]上に形成された第２層の造形層ＬＹ[2]を示している。
そして、立体物造形装置１は、図２（Ｅ）に示すように、造形層データＦＤ[1]〜ＦＤ[Q]に基づいて形成される造形層ＬＹ[1]〜ＬＹ[Q]を順番に積層させることで、立体物Ｏbjを造形する。
【００３０】
なお、上述のとおり、本実施形態に係る形状データ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、形状データ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、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、図２に示すように、形状データ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となるように、造形層データＦＤを生成する。
【００３１】
ところで、図２に示す例では、第２層の造形層ＬＹ[2]を構成するボクセルＶx2の下側（−Ｚ方向）に、第１層の造形層ＬＹ[1]を構成するボクセルＶx1が存在する。しかし、立体物Ｏbjの形状によっては、ボクセルＶx2の下側（−Ｚ方向）にボクセルＶx1が存在しない場合がある。このような場合、第２層のボクセルＶx2にドットを形成しようとしても、当該ドットが第１層に落下してしまう可能性がある。よって、このような場合、第ｑ層が第２層よりも上層のとき（ｑ≧２であるとき）に、ドットを本来形成されるべき第ｑ層のボクセルＶxqに形成するためには、当該ボクセルＶxqの下側に、当該ボクセルＶxqに形成されるドットを支持するための支持部を設ける必要がある。
そこで、本実施形態では、造形層データ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の形状を定めるデータを含むこととする。すなわち、造形層データＦＤ[q]は、第ｑ層に形成される支持部の形状をボクセルＶxの集合として表したデータを含む。つまり、本実施形態において、造形層ＬＹ[q]には、第ｑ層に形成すべき立体物Ｏbjの他に、第ｑ層に形成すべき支持部も含むこととする。
本実施形態に係る造形データ生成部９３は、断面体データＬdatまたは形状データＤatに基づいて、ボクセルＶxq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層データ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。
【００３２】
＜１．２．立体物造形装置について＞
次に、図１に加え図３を参照しつつ、立体物造形装置１について説明する。図３は、立体物造形装置１の内部構造の概略を示す斜視図である。
【００３３】
図１及び図３に示すように、立体物造形装置１は、筐体４０と、造形台４５と、立体物造形装置１の各部の動作を制御する制御部６と、造形台４５に向かってインクを吐出する吐出部Ｄを具備する記録ヘッド３０が設けられたヘッドユニット３と、造形台４５の上に吐出されたインクを硬化させる硬化ユニット６１と、６個のインクカートリッジ４８と、ヘッドユニット３及びインクカートリッジ４８を搭載するキャリッジ４１と、筐体４０に対するヘッドユニット３、造形台４５、及び、硬化ユニット６１の位置を変化させるための位置変化機構７と、立体物造形装置１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６０と、を備える。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
本実施形態では、立体物Ｏbjを造形するための５色の造形用インクとして、有彩色インクであるシアン（ＣＹ）、マゼンタ（ＭＧ）、及び、イエロー（ＹＬ）のインクと、無彩色インクであるホワイト（ＷＴ）、及び、クリアー（ＣＬ）のインクと、を想定する。ここで、クリアー（ＣＬ）のインクとは、少なくとも有彩色インクよりも透明度の高いインクである。
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１の別の場所に設けられるものであってもよい。
【００３６】
図１及び図３に示すように、位置変化機構７は、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を駆動するための昇降機構駆動モーター７１と、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）に移動させるためのキャリッジ駆動モーター７２と、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）に移動させるためのキャリッジ駆動モーター７３と、硬化ユニット６１をガイド７９ｄに沿って＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に移動させるための硬化ユニット駆動モーター７４と、を備える。
また、位置変化機構７は、昇降機構駆動モーター７１を駆動するためのモータードライバー７５と、キャリッジ駆動モーター７２を駆動するためのモータードライバー７６と、キャリッジ駆動モーター７３を駆動するためのモータードライバー７７と、硬化ユニット駆動モーター７４を駆動するためのモータードライバー７８と、を備える。
【００３７】
記憶部６０は、ホストコンピューター９から供給される造形層データ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１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。
【００３８】
制御部６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６０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１の各部の動作を制御する。
【００３９】
制御部６は、ホストコンピューター９から供給される造形層データＦＤに基づいて、ヘッドユニット３及び位置変化機構７の動作を制御することにより、造形台４５上に形状データ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、制御部６は、まず、ホストコンピューター９から供給される造形層データＦＤを記憶部６０に格納する。次に、制御部６は、造形層データＦＤ等の記憶部６０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３の動作を制御して吐出部Ｄを駆動させるための駆動波形信号Ｃom及び波形指定信号ＳＩを含む各種信号を生成し、これら生成した信号を出力する。また、制御部６は、造形層データＦＤ等の記憶部６０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出力する。
なお、駆動波形信号Ｃomはアナログの信号である。このため、制御部６は、図示省略したＤＡ変換回路を含み、制御部６が備えるＣＰＵ等において生成されるデジタルの駆動波形信号を、アナログの駆動波形信号Ｃomに変換したうえで、出力する。
【００４０】
このように、制御部６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３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、制御部６は、ヘッドユニット３の制御を介して、吐出部Ｄ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、制御部６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、造形台４５上に形成されたドットを硬化させて造形層ＬＹを造形し、更に、造形した造形層ＬＹの上に新たな造形層ＬＹを積層させていくことで、形状データ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。
【００４１】
図１に示すように、ヘッドユニット３は、Ｍ個の吐出部Ｄを具備する記録ヘッド３０と、吐出部Ｄを駆動するための駆動信号Ｖinを生成する駆動信号生成部３１と、を備える（Ｍは、１以上の自然数）。
以下では、記録ヘッド３０に設けられるＭ個の吐出部Ｄの各々を区別するために、順番に、１段、２段、…、Ｍ段と称することがある。また、以下では、記録ヘッド３０に設けられるＭ個の吐出部Ｄのうちｍ段の吐出部Ｄを、吐出部Ｄ[m]と表現する場合がある（ｍは、１≦ｍ≦Ｍを満たす自然数）。また、以下では、駆動信号生成部３１が生成する駆動信号Ｖinのうち、吐出部Ｄ[m]を駆動するための駆動信号Ｖinを駆動信号Ｖin[m]と表現する場合がある。
なお、駆動信号生成部３１の詳細については、後述する。
【００４２】
＜１．３．記録ヘッドについて＞
次に、図４乃至図６を参照しつつ、記録ヘッド３０と、記録ヘッド３０に設けられる吐出部Ｄと、について説明する。
【００４３】
図４は、記録ヘッド３０の、概略的な一部断面図の一例である。なお、この図では、図示の都合上、記録ヘッド３０のうち、当該記録ヘッド３０が有するＭ個の吐出部Ｄの中の１個の吐出部Ｄと、当該１個の吐出部Ｄにインク供給口３６０を介して連通するリザーバ３５０と、インクカートリッジ４８からリザーバ３５０にインクを供給するためのインク取り入れ口３７０と、を示している。
【００４４】
図４に示すように、吐出部Ｄは、圧電素子３００と、内部にインクが充填されたキャビティ３２０と、キャビティ３２０に連通するノズルＮと、振動板３１０と、を備える。吐出部Ｄは、圧電素子３００が駆動信号Ｖinにより駆動されることにより、キャビティ３２０内のインクをノズルＮから吐出させる。キャビティ３２０は、凹部を有するような所定の形状に成形されたキャビティプレート３４０と、ノズルＮが形成されたノズルプレート３３０と、振動板３１０と、により区画される空間である。キャビティ３２０は、インク供給口３６０を介してリザーバ３５０と連通している。リザーバ３５０は、インク取り入れ口３７０を介して１個のインクカートリッジ４８と連通している。
【００４５】
本実施形態では、圧電素子３００として、例えば、図４に示すようなユニモルフ（モノモルフ）型を採用する。なお、圧電素子３００は、ユニモルフ型に限らず、バイモルフ型や積層型など、圧電素子３００を変形させてインク等の液体を吐出させることができるものであれば良い。
圧電素子３００は、下部電極３０１と、上部電極３０２と、下部電極３０１及び上部電極３０２の間に設けられた圧電体３０３と、を有する。そして、下部電極３０１の電位が所定の基準電位ＶSSに設定され、上部電極３０２に駆動信号Ｖinが供給されることで、下部電極３０１及び上部電極３０２の間に電圧が印加されると、当該印加された電圧に応じて圧電素子３００が図において上下方向に撓み（変位し）、その結果、圧電素子３００が振動する。
【００４６】
キャビティプレート３４０の上面開口部には、振動板３１０が設置され、振動板３１０には、下部電極３０１が接合されている。このため、圧電素子３００が駆動信号Ｖinにより振動すると、振動板３１０も振動する。そして、振動板３１０の振動によりキャビティ３２０の容積（キャビティ３２０内の圧力）が変化し、キャビティ３２０内に充填されたインクがノズルＮより吐出される。インクの吐出によりキャビティ３２０内のインクが減少した場合、リザーバ３５０からインクが供給される。また、リザーバ３５０へは、インクカートリッジ４８からインク取り入れ口３７０を介してインクが供給される。
【００４７】
図５は、吐出部Ｄからのインクの吐出動作を説明するための説明図である。図５（ａ）に示す状態において、吐出部Ｄが備える圧電素子３００に対して駆動信号生成部３１から駆動信号Ｖinが供給されると、当該圧電素子３００において、電極間に印加された電界に応じた歪が発生し、当該吐出部Ｄの振動板３１０は図において上方向へ撓む。これにより、図５（ａ）に示す初期状態と比較して、図５（ｂ）に示すように、当該吐出部Ｄのキャビティ３２０の容積が拡大する。図５（ｂ）に示す状態において、駆動信号Ｖinの示す電位を変化させると、振動板３１０は、その弾性復元力によって復元し、初期状態における振動板３１０の位置を越えて図において下方向に移動し、図５（ｃ）に示すようにキャビティ３２０の容積が急激に収縮する。このときキャビティ３２０内に発生する圧縮圧力により、キャビティ３２０を満たすインクの一部が、このキャビティ３２０に連通しているノズルＮからインク滴として吐出される。
【００４８】
図６は、＋Ｚ方向または−Ｚ方向から立体物造形装置１を平面視した場合の、記録ヘッド３０に設けられたＭ個のノズルＮの配置の一例を説明するための説明図である。
【００４９】
図６に示すように、記録ヘッド３０には、複数のノズルＮからなるノズル列Ｌn-CYと、複数のノズルＮからなるノズル列Ｌn-MGと、複数のノズルＮからなるノズル列Ｌn-YLと、複数のノズルＮからなるノズル列Ｌn-WTと、複数のノズルＮからなるノズル列Ｌn-CLと、複数のノズルＮからなるノズル列Ｌn-SPと、からなる６列のノズル列Ｌnが設けられている。
ここで、ノズル列Ｌn-CYに属するノズルＮは、シアン（ＣＹ）のインクを吐出する吐出部Ｄに設けられたノズルＮであり、ノズル列Ｌn-MGに属するノズルＮは、マゼンタ（ＭＧ）のインクを吐出する吐出部Ｄに設けられたノズルＮであり、ノズル列Ｌn-YLに属するノズルＮは、イエロー（ＹＬ）のインクを吐出する吐出部Ｄに設けられたノズルＮであり、ノズル列Ｌn-WTに属するノズルＮは、ホワイト（ＷＴ）のインクを吐出する吐出部Ｄに設けられたノズルＮであり、ノズル列Ｌn-CLに属するノズルＮは、クリアー（ＣＬ）のインクを吐出する吐出部Ｄに設けられたノズルＮであり、ノズル列Ｌn-SPに属するノズルＮは、支持用インクを吐出する吐出部Ｄに設けられたノズルＮである。
【００５０】
なお、本実施形態では、図６に示すように、各ノズル列Ｌnを構成する複数のノズルＮ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Ｌnを構成する複数のノズルＮのうち一部のノズルＮ（例えば、偶数番目のノズルＮ）と、その他のノズルＮ（例えば、奇数番目のノズルＮ）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Ｌnにおいて、ノズルＮ間の間隔（ピッチ）は、印刷解像度（ｄｐｉ：dot per inch）に応じて適宜設定され得る。
【００５１】
＜１．４．駆動信号生成部について＞
次に、図７乃至図９を参照しつつ、駆動信号生成部３１の構成及び動作について説明する。
【００５２】
図７は、駆動信号生成部３１の構成を示すブロック図である。
図７に示すように、駆動信号生成部３１は、シフトレジスタＳＲ、ラッチ回路ＬＴ、デコーダーＤＣ、及び、トランスミッションゲートＴＧからなる組を、記録ヘッド３０に設けられたＭ個の吐出部Ｄと１対１に対応するように、Ｍ個有する。以下では、駆動信号生成部３１及び記録ヘッド３０が備えるこれらＭ個の組を構成する各要素を、図において上から順番に、１段、２段、…、Ｍ段と称することがある。
【００５３】
駆動信号生成部３１には、制御部６から、クロック信号ＣLK、波形指定信号ＳＩ、ラッチ信号ＬＡＴ、チェンジ信号ＣＨ、及び、駆動波形信号Ｃomが供給される。
【００５４】
波形指定信号ＳＩは、吐出部Ｄが吐出すべきインク量を指定するデジタルの信号であり、波形指定信号ＳＩ[1]〜ＳＩ[Ｍ]を含む。
このうち、波形指定信号ＳＩ[m]は、吐出部Ｄ[m] からのインクの吐出の有無、及び、吐出されるインク量を、上位ビットｂ1及び下位ビットｂ2の２ビットで規定する。具体的には、波形指定信号ＳＩ[m]は、吐出部Ｄ[m]に対して、大ドットに相当する量のインクの吐出、中ドットに相当する量のインクの吐出、小ドットに相当する量のインクの吐出、または、インクの非吐出、のうち、いずれか１つを指定する。
【００５５】
シフトレジスタＳＲのそれぞれは、波形指定信号ＳＩ（ＳＩ[1]〜ＳＩ[Ｍ]）のうち、各段に対応する２ビットの波形指定信号ＳＩ[m]を、一旦保持する。詳細には、Ｍ個の吐出部Ｄ[1]〜Ｄ[Ｍ]に１対1に対応する、１段、２段、…、Ｍ段のＭ個のシフトレジスタＳＲが互いに縦続接続されるとともに、シリアルで供給された波形指定信号ＳＩが、クロック信号ＣLKにしたがって順次後段に転送される。そして、Ｍ個のシフトレジスタＳＲの全てに波形指定信号ＳＩが転送された場合に、Ｍ個のシフトレジスタＳＲのそれぞれが波形指定信号ＳＩのうち自身に対応する２ビット分の波形指定信号ＳＩ[m]を保持する。
【００５６】
Ｍ個のラッチ回路ＬＴのそれぞれは、ラッチ信号ＬＡＴが立ち上がるタイミングで、Ｍ個のシフトレジスタＳＲのそれぞれに保持された各段に対応する２ビット分の波形指定信号ＳＩ[m]を一斉にラッチする。
【００５７】
ところで、立体物造形装置１が造形処理を実行する期間である動作期間は、複数の単位期間Ｔuから構成される。また、本実施形態では、各単位期間Ｔuは、３個の制御期間Ｔs（Ｔs1〜Ｔs3）からなる。なお、本実施形態では、３個の制御期間Ｔs1〜Ｔs3は、互いに等しい時間長を有することとする。詳細は後述するが、単位期間Ｔuは、ラッチ信号ＬＡＴにより規定され、制御期間Ｔsは、ラッチ信号ＬＡＴ及びチェンジ信号ＣＨにより規定される。
制御部６は、駆動信号生成部３１に対して、単位期間Ｔuが開始されるよりも前のタイミングで波形指定信号ＳＩ[m]を供給する。そして、制御部６は、駆動信号生成部３１の各ラッチ回路ＬＴに対して、単位期間Ｔu毎に波形指定信号ＳＩ[m]がラッチされるように、ラッチ信号ＬＡＴを供給する。
【００５８】
ｍ段のデコーダーＤＣは、ｍ段のラッチ回路ＬＴによってラッチされた２ビット分の波形指定信号ＳＩ[m]をデコードし、制御期間Ｔs1〜Ｔs3のそれぞれにおいて、ハイレベル（Ｈレベル）またはローレベル（Ｌレベル）のいずれかのレベルに設定された選択信号Ｓel[m]を出力する。
【００５９】
図８は、デコーダーＤＣが行うデコードの内容を説明するための説明図である。
この図に示すように、ｍ段のデコーダーＤＣは、波形指定信号ＳＩ[m]の示す内容が（ｂ1、ｂ2）＝（１、１）であれば、制御期間Ｔs1〜Ｔs3において選択信号Ｓel[m]をＨレベルに設定し、波形指定信号ＳＩ[m]の示す内容が（ｂ1、ｂ2）＝（１、０）であれば、制御期間Ｔs1、Ｔs2において選択信号Ｓel[m]をＨレベルに設定し、制御期間Ｔs3において選択信号Ｓel[m]をＬレベルに設定し、波形指定信号ＳＩ[m]の示す内容が（ｂ1、ｂ2）＝（０、１）であれば、制御期間Ｔs1において選択信号Ｓel[m]をＨレベルに設定し、制御期間Ｔs2、Ｔs3において選択信号Ｓel[m]をＬレベルに設定し、波形指定信号ＳＩ[m]の示す内容が（ｂ1、ｂ2）＝（０、０）であれば、制御期間Ｔs1〜Ｔs3において選択信号Ｓel[m]をＬレベルに設定する。
【００６０】
図７に示すように、駆動信号生成部３１が備える、Ｍ個のトランスミッションゲートＴＧは、記録ヘッド３０が備えるＭ個の吐出部Ｄと１対１に対応するように設けられる。
ｍ段のトランスミッションゲートＴＧは、ｍ段のデコーダーＤＣから出力される選択信号Ｓel[m]がＨレベルのときにオンし、Ｌレベルのときにオフする。各トランスミッションゲートＴＧの一端には、駆動波形信号Ｃomが供給される。ｍ段のトランスミッションゲートＴＧの他端は、ｍ段の出力端ＯTNに電気的に接続されている。
【００６１】
選択信号Ｓel[m]がＨレベルとなり、ｍ段のトランスミッションゲートＴＧがオンする場合、ｍ段の出力端ＯTNから吐出部Ｄ[m]に対して、駆動波形信号Ｃomが駆動信号Ｖin[m]として供給される。
なお、詳細は後述するが、本実施形態では、トランスミッションゲートＴＧがオンからオフに切り替わるタイミング（つまり、制御期間Ｔs1〜Ｔs3の開始及び終了のタイミング）における駆動波形信号Ｃomの電位を基準電位Ｖ0としている。このため、トランスミッションゲートＴＧがオフする場合、吐出部Ｄ[m]の圧電素子３００が有する容量等により、出力端ＯTNの電位は基準電位Ｖ0に維持されることになる。以下では、説明の便宜上、トランスミッションゲートＴＧがオフする場合には、駆動信号Ｖin[m]の電位が基準電位Ｖ0に維持されることとして説明する。
【００６２】
以上において説明したように、制御部６は、各吐出部Ｄに対して単位期間Ｔu毎に駆動信号Ｖinが供給されるように、駆動信号生成部３１を制御する。これにより、各吐出部Ｄは、単位期間Ｔu毎に、造形層データＦＤに基づいて定められる波形指定信号ＳＩの示す値に応じた量のインクを吐出し、造形台４５上に造形層データＦＤに対応するドットを形成することができる。
【００６３】
図９は、各単位期間Ｔuにおいて制御部６が駆動信号生成部３１に供給する各種信号を説明するためのタイミングチャートである。
図９に例示するように、ラッチ信号ＬＡＴは、パルス波形Ｐls-Lを含み、当該パルス波形Ｐls-Lにより単位期間Ｔuが規定される。また、チェンジ信号ＣＨは、パルス波形Ｐls-Cを含み、当該パルス波形Ｐls-Cにより単位期間Ｔuが制御期間Ｔs1〜Ｔs3に区分される。また、図示は省略するが、制御部６は、単位期間Ｔu毎に、波形指定信号ＳＩを、クロック信号ＣLKに同期させて、駆動信号生成部３１に対してシリアルで供給する。
【００６４】
また、図９に例示するように、駆動波形信号Ｃomは、制御期間Ｔs1に配置された波形ＰL1と、制御期間Ｔs2に配置された波形ＰL2と、制御期間Ｔs3に配置された波形ＰL3と、を含む。以下では、波形ＰL1〜ＰL3を波形ＰLと総称する場合がある。
また、本実施形態において、駆動波形信号Ｃomの電位は、各制御期間Ｔsの開始または終了のタイミングにおいて、基準電位Ｖ0に設定される。
【００６５】
駆動信号生成部３１は、一の制御期間Ｔsにおいて、選択信号Ｓel[m]がＨレベルである場合には、駆動波形信号Ｃomのうち当該一の制御期間Ｔsに配置される波形ＰLを、駆動信号Ｖin[m]として吐出部Ｄ[m]に供給する。逆に、駆動信号生成部３１は、一の制御期間Ｔsにおいて、選択信号Ｓel[m]がＬレベルである場合には、基準電位Ｖ0に設定された駆動波形信号Ｃomを、駆動信号Ｖin[m]として吐出部Ｄ[m]に供給する。
よって、駆動信号生成部３１が、単位期間Ｔuにおいて、吐出部Ｄ[m]に供給する駆動信号Ｖin[m]は、波形指定信号ＳＩ[m]の示す値が（ｂ1、ｂ2）＝（１、１）であれば、波形ＰL1〜ＰL3を有する信号となり、波形指定信号ＳＩ[m]の示す値が（ｂ1、ｂ2）＝（１、０）であれば、波形ＰL1及びＰL2を有する信号となり、波形指定信号ＳＩ[m]の示す値が（ｂ1、ｂ2）＝（０、１）であれば、波形ＰL1を有する信号となり、波形指定信号ＳＩ[m]の示す値が（ｂ1、ｂ2）＝（０、０）であれば、基準電位Ｖ0に設定された信号となる。
【００６６】
なお、１つの波形ＰLを有する駆動信号Ｖin[m]が供給されると、吐出部Ｄ[m]は、小程度の量のインクを吐出して小ドットを形成する。
このため、単位期間Ｔuにおいて、波形指定信号ＳＩ[m]の示す値が（ｂ1、ｂ2）＝（０，１）であり、吐出部Ｄ[m]に供給される駆動信号Ｖin[m]が１つの波形ＰL（ＰL1）を有する場合、吐出部Ｄ[m]からは、当該１つの波形ＰLに基づいて小程度の量のインクが吐出され、吐出されたインクにより小ドットが形成される。
また、単位期間Ｔuにおいて、波形指定信号ＳＩ[m]の示す値が（ｂ1、ｂ2）＝（１，０）であり、吐出部Ｄ[m]に供給される駆動信号Ｖin[m]が２つの波形ＰL（ＰL1、ＰL2）を有する場合、吐出部Ｄ[m]からは、当該２つの波形ＰLに基づいて小程度の量のインクが２度吐出され、当該２度にわたり吐出された小程度の量のインクが合体することで、中ドットが形成される。
また、単位期間Ｔuにおいて、波形指定信号ＳＩ[m]の示す値が（ｂ1、ｂ2）＝（１，１）であり、吐出部Ｄ[m]に供給される駆動信号Ｖin[m]が３つの波形ＰL（ＰL1〜ＰL3）を有する場合、吐出部Ｄ[m]からは、当該３つの波形ＰLに基づいて小程度の量のインクが３度吐出され、当該３度にわたり吐出された小程度の量のインクが合体することで、大ドットが形成される。
一方、単位期間Ｔuにおいて、波形指定信号ＳＩ[m]の示す値が（ｂ1、ｂ2）＝（０，０）であり、吐出部Ｄ[m]に供給される駆動信号Ｖin[m]が波形ＰLを有さず基準電位Ｖ0に保たれる場合、吐出部Ｄ[m]からインクは吐出されず、当該ドットは形成されない（非記録となる）。
【００６７】
なお、本実施形態において、駆動波形信号Ｃomの波形ＰLは、小ドットを形成するために吐出される小程度の量のインクが、単位造形体を形成するために必要なインク量の略３分の１の量となるように定められる。このため、本実施形態では、１個のボクセルＶxに対応する単位造形体が、１個の大ドット、１個の中ドット及び１個の小ドットの組み合わせ、または、３個の小ドットの組み合わせ、の３パターンのうちいずれかで構成される（図１１参照）。
また、本実施形態では、以上の説明からも明らかなように、中ドットは小ドットの２倍のサイズであり、大ドットは小ドットの３倍のサイズである。
【００６８】
＜２．造形処理＞
次に、図１０乃至図１４を参照しつつ、立体物造形システム１００が実行する造形処理について説明する。
【００６９】
＜２．１．造形処理の概要＞
図１０は、造形処理を実行する場合における立体物造形システム１００の動作の一例を示すフローチャートである。
【００７０】
造形処理は、形状データ生成部９２が出力した形状データＤatを、造形データ生成部９３が取得したときに開始される。
図１０に示すように、造形データ生成部９３は、造形処理が開始されると、形状データ生成部９２が出力した形状データＤatに基づいて、造形層データＦＤ[1]〜ＦＤ[Q]を生成する（Ｓ１１０）。
その後、制御部６は、層の番号を示す変数ｑに「１」を設定する（Ｓ１２０）。次に、制御部６は、造形データ生成部９３が生成した造形層データＦＤ[q]を取得する（Ｓ１３０）。また、制御部６は、造形台４５が、第ｑ層の造形層ＬＹ[q]を形成するための位置に移動するように、昇降機構駆動モーター７１を制御する（Ｓ１４０）。
なお、造形層ＬＹ[q]を形成するための位置とは、ヘッドユニット３から吐出されたインクが、造形層データＦＤ[q]の指定するドット形成位置（ボクセルＶxq）に対して、正確に着弾可能な位置であれば、どのような位置であってもよい。例えば、ステップＳ１４０において、造形層ＬＹ[q]とヘッドユニット３とのＺ軸方向の間隔が一定となるように、造形台４５の位置を制御してもよい。この場合、制御部６は、例えば、造形層ＬＹ[q]を形成した後から、造形層ＬＹ[q+1]を形成するまでの間に、造形台４５を所定の厚さΔＺだけ−Ｚ方向に移動させればよい。
【００７１】
制御部６は、造形台４５を造形層ＬＹ[q]を形成するための位置に移動させた後、造形層データＦＤ[q]に基づいて造形層ＬＹ[q]が形成されるように、ヘッドユニット３、位置変化機構７、及び、硬化ユニット６１の動作を制御する（Ｓ１５０）。なお、図２からも明らかなように、造形層ＬＹ[1]は造形台４５上に形成され、造形層ＬＹ[q+1]は造形層ＬＹ[q]の上に形成される。
その後、制御部６は、変数ｑが「ｑ≧Ｑ」を充足するか否かを判定し（Ｓ１６０）、判定結果が肯定である場合には、立体物Ｏbjの造形が完了したと判定して造形処理を終了させ、一方、判定結果が否定である場合には、変数ｑに１を加算した上で、処理をステップＳ１３０に進める（Ｓ１７０）
【００７２】
以上のように、立体物造形システム１００は、図１０に示す造形処理を実行することで、形状データＤatに基づいて造形層データＦＤ[1]〜ＦＤ[Q]を生成し、造形層データＦＤ[1]〜ＦＤ[Q]に基づいて形成する造形層ＬＹ[1]〜ＬＹ[Q]を積層することで、立体物Ｏbjを造形することができる。
【００７３】
なお、図１０は、造形処理の流れの一例を示すものに過ぎない。例えば、図１０では、造形層データＦＤ[1]〜ＦＤ[Q]の生成が全て完了した後に、最初に形成すべき造形層ＬＹ[1]の形成を開始するが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、造形層データＦＤ[q]の生成が完了した場合には、次の造形層データＦＤ[q+1]の生成を待つことなく、
造形層データＦＤ[q]に対応する造形層ＬＹ[q]を形成するようにしてもよい。
【００７４】
＜２．２．各ボクセルに形成されるドットについて＞
図１１は、各ボクセルＶxに対応して設けられる単位造形体を構成するドットについて説明するための説明図である。
【００７５】
制御部６は、ステップＳ１５０において、造形層データＦＤ[q]に基づいて、形状データＤatの指定する色彩の造形層ＬＹ[q]が形成されるように、ドットを形成する処理を制御する。すなわち、造形層データＦＤ[q]は、造形層ＬＹ[q]において形状データＤatの指定する色彩が再現されるように、造形層ＬＹ[q]を形成するためのドットの配置及びサイズを指定する。具体的には、造形層データＦＤ[q]は、造形層ＬＹ[q]を形成するためのドットとして、少なくとも、立体物Ｏbjの色彩に寄与するドット、つまり、有彩色インクにより形成されるドットの配置及びサイズを指定する。
例えば、図１１に示す例では、造形層ＬＹ[1]において、形状データＤatの示す色彩が再現されるように、造形層データＦＤ[1]が、造形層ＬＹ[1]に属する６個のボクセルＶx1（Ｖx1-1〜Ｖx1-6）に対して形成すべきドットの配置及びサイズを指定する場合を例示している。より具体的には、造形層データＦＤ[1]は、造形層ＬＹ[1]に属する６個のボクセルＶx1（Ｖx1-1〜Ｖx1-6）のうち、ボクセルＶx1-1にマゼンタ（ＭＧ）の小ドットを形成し、ボクセルＶx1-3にシアン（ＣＹ）の中ドットを形成し、ボクセルＶx1-4にイエロー（ＹＬ）の大ドットを形成し、ボクセルＶx1-6にマゼンタ（ＭＧ）の小ドット及びシアン（ＣＹ）の小ドットを形成し、ボクセルＶx1-2及びＶx1-5には、有彩色インクからなるドットを形成しないような、ドットの配置及びサイズを指定する場合を例示している。
【００７６】
他方、制御部６は、ステップＳ１５０において、造形層データＦＤ[q]に基づいて、造形層ＬＹ[q]が所定の厚さΔＺとなるように、ドットを形成する処理を制御する。すなわち、造形層データＦＤ[q]は、造形層ＬＹ[q]が所定の厚さΔＺの単位造形体の集合として形成されるように、造形層ＬＹ[q]を形成するためのドットの配置及びサイズを指定する。
具体的には、制御部６は、各単位造形体が、１個の大ドット、１個の中ドット及び１個の小ドットの組み合わせ、または、３個の小ドットの組み合わせ、のいずれかにより形成されるように、立体物造形装置１の各部の動作を制御する。すなわち、造形層データＦＤ[q]は、各ボクセルＶxに形成すべきドットとして、１個の大ドット、１個の中ドット及び１個の小ドットの組み合わせ、または、３個の小ドットの組み合わせ、のいずれかを指定する。
なお、形状データＤatの指定する色彩を再現するために必要とされる有彩色インクからなるドットだけでは、各ボクセルＶxに単位造形体を形成することができず、造形層ＬＹ[q]が所定の厚さΔＺとならない場合がある。このため、造形層データＦＤ[q]は、有彩色インクからなるドットだけで単位造形体を形成できないボクセルＶxにおいて、有彩色インクからなるドットの他に、無彩色インクからなるドットが形成されるように、ドットの配置及びサイズを指定する。これにより、各ボクセルＶxをインク（ドット）で充填し、各ボクセルＶxに単位造形体を形成することができる。
例えば、図１１に示す例では、有彩色インクからなるドットだけではボクセルＶxを満たせなかった部分に対して、クリアー（ＣＬ）等の無彩色インクによるドットを形成している。具体的には、ボクセルＶx1-1〜Ｖx1-6のうち、有彩色インクからなるドットだけでは単位造形体を形成できないボクセルＶxである、ボクセルＶx1-1、Ｖx1-2、Ｖx1-3、Ｖx1-5、Ｖx1-6において、各ボクセルＶxを満たすようにクリアーインクによるドットを形成する。これにより、ボクセルＶx1-1、Ｖx1-2、Ｖx1-3、Ｖx1-5、Ｖx1-6においても、単位造形体が形成される。
【００７７】
以上において説明したように、本実施形態では、無彩色インクからなるドットを含む複数サイズのドットを用いることで、所定の厚さΔＺの単位造形体の集合として造形層ＬＹ[q]を形成する。
以下、本実施形態に係る造形層ＬＹ[q]の形成方法の利点を明確化するために、図１２に示す対比例１と、図１３に示す対比例２と、について説明する。
【００７８】
図１２は、対比例１に係る立体物造形システムで形成される造形層ＬＹ[1]及びＬＹ[2]を説明するための図である。この図に示すように、対比例１は、各ボクセルＶxにおいて、有彩色インクからなるドットのみを形成し、無彩色インクからなるドットを形成しない点において、本実施形態と相違する。
対比例１では、ボクセルＶxを充填するようにドットを形成せず、単位造形体が形成されないボクセルＶxが存在することになる。このため、対比例１では、図１２（Ａ）に示すように、造形層ＬＹ[1]の上面に凹凸が生じる。この結果、対比例１では、図１２（Ｂ）に示すように、造形層ＬＹ[2]を、本来形成すべき位置に形成することができない。すなわち、対比例１では、立体物Ｏbjの形状を正確に造形することができない。
これに対して、本実施形態では、図１１及び図１４（Ａ）に示すように、造形層ＬＹ[1]に対応する全てのボクセルＶx1に単位造形体を形成することで、造形層ＬＹ[1]を所定の厚さΔＺとする。このため、本実施形態では、図１４（Ａ）に示すように、造形層ＬＹ[1]の上面を平坦化することができ、図１４（Ｂ）に示すように、造形層ＬＹ[2]を、本来形成すべき位置に形成することが可能となる。これにより、本実施形態では、立体物Ｏbjの形状を正確に造形することが可能となる。
【００７９】
図１３は、対比例２に係る立体物造形システムで形成された造形層ＬＹ[q]を説明するための説明図である。この図に示すように、対比例２は、単一サイズのドットにより造形層ＬＹ[q]を形成する点において、本実施形態と相違する。
対比例２のうち、図１３（Ａ）は、図１１に示すボクセルＶx1-1〜Ｖx1-6に形成される有彩色インクからなるドットを、大ドットに置き換える場合を示している。図１３（Ａ）では、複数の有彩色インクの間におけるインク量の比率が、図１１に示す場合と異なるため、形状データＤatの示す色彩を正確に再現できない。
また、対比例２のうち、図１３（Ｂ）は、図１１におけるドットサイズを３倍にすることで、図１１において１個の各ボクセルＶxに形成されるドットを、３個のボクセルＶxに形成する場合を示している。図１３（Ｂ）では、形状データＤatの示す色彩を正確に表現することは可能であるが、図１１に示す場合と比較して解像度が低下する。
これに対して、本実施形態では、図１１及び図１４（Ａ）に示すように、造形層ＬＹ[1]を、小ドット、中ドット、及び、大ドットの３種類のサイズのドットを用いて形成する。このため、形状データＤatの示す色彩を高階調で正確に表現することができるとともに、高い解像度で色味（模様）を表現することが可能となる。
【００８０】
＜３．実施形態の結論＞
以上において説明したように、本実施形態における立体物造形システム１００は、有彩色インクからなるドットと、無彩色インクからなるドットと、を含む複数サイズのドットを用いることで、造形層ＬＹ[q]を所定の厚さΔＺの単位造形体の集合として形成する。
このため、本実施形態に係る立体物造形システム１００は、形状データＤatの示す色彩を高階調で正確に再現するとともに、形状データＤatの示す形状を正確に再現した立体物Ｏbjを造形することができる。
【００８１】
なお、本実施形態において、大ドットは「第１ドット」の一例であり、小ドットは「第２ドット」の一例であり、中ドットは「第３ドット」の一例である。また、本実施形態において、大ドットのサイズ（体積）は「第１サイズ」の一例であり、小ドットのサイズは「第２サイズ」の一例であり、中ドットのサイズは「第３サイズ」の一例である。また、本実施形態において、シアン（ＣＹ）、マゼンタ（ＭＧ）等の有彩色は「第１の色」の一例であり、クリアー（ＣＬ）等の無彩色は「第２の色」の一例である。
【００８２】
＜Ｂ．変形例＞  
以上の実施形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない範囲内で適宜に併合され得る。
なお、以下に例示する変形例において作用や機能が実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
【００８３】
＜変形例１＞  
上述した実施形態において、立体物造形装置１は、造形用インクを硬化させて形成された造形層ＬＹを積層することで立体物Ｏbjを造形するが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、層状に敷き詰められた粉体を、硬化性の造形用インクにより固めることで造形層ＬＹを形成し、形成された造形層ＬＹを積層することで立体物Ｏbjを造形するものであってもよい。
この場合、立体物造形装置１は、造形台４５上に粉体を所定の厚さΔＺで敷き詰めるための粉体層形成部（図示省略）と、立体物Ｏbjの形成後に、立体物Ｏbjを構成しない粉体（造形用インクにより固められた粉体以外の粉体）を廃棄するための粉体廃棄部（図示省略）と、を備えればよい。なお、以下では、第ｑ層に設けられる粉体の層を、粉体層ＰW[q]と称する。
【００８４】
図１５は、本変形例に係る造形処理を実行する場合の立体物造形システム１００の動作の一例を示すフローチャートである。図１５に示す本変形例に係るフローチャートは、
ステップＳ１５０を実行しない点と、ステップＳ１５１、Ｓ１５２、Ｓ１５３を実行する点と、を除き、図１０に示す実施形態に係るフローチャートと同様である。
図１５に示すように、本変形例に係る制御部６は、粉体層形成部が粉体層ＰW[q]を形成するように、立体物造形装置１の各部の動作を制御する（Ｓ１５１）。
また、本変形例に係る制御部６は、造形層データＦＤ[q]に基づいて、粉体層ＰW[q]にドットを形成して造形層ＬＹ[q]を形成するように、立体物造形装置１の各部の動作を制御する。（Ｓ１５２）。具体的には、制御部６は、まず、造形層データＦＤ[q]に基づいて、粉体層ＰW[q]に対して、造形用インクまたは支持用インクを吐出させるように、ヘッドユニット３の動作を制御する。次に、制御部６は、粉体層ＰW[q]に対して吐出されたインクにより形成されたドットを硬化させることで、粉体層ＰW[q]のうち、ドットが形成された部分の粉体を固めるように、硬化ユニット６１の動作を制御する。これにより、粉体層ＰW[q]の粉体がインクにより固められ、造形層ＬＹ[q]を形成することができる。
また、本変形例に係る制御部６は、立体物Ｏbjが造形された後、立体物Ｏbjを構成しない粉体を廃棄するように粉体廃棄部の動作を制御する（Ｓ１５３）。
【００８５】
図１６は、本変形例に係る形状データＤat及び断面体データＬdat[q]と、造形層データＦＤ[q]と、粉体層ＰW[q]と、造形層ＬＹ[q]と、の関係を説明するための説明図である。
このうち、図１６（Ａ）及び（Ｂ）は、図２（Ａ）及び（Ｂ）と同様、断面体データＬdat[1]及びＬdat[2]を例示している。本変形例においても、形状データＤatをスライスすることで断面体データＬdat[q]を生成し、断面体データＬdat[q]から造形層データＦＤ[q]を生成し、そして、造形層データＦＤ[q]に基づいて形成されたドットにより造形層ＬＹ[q]を形成する。
以下、図１６（Ｃ）乃至（Ｆ）を参照しつつ、本変形例に係る造形層ＬＹ[q]の形成について、造形層ＬＹ[1]及びＬＹ[2]を例示して説明する。
【００８６】
図１６（Ｃ）に示すように、制御部６は、造形層ＬＹ[1]の形成に先立ち、所定の厚さΔＺの粉体層ＰW[1]を形成するように粉体層形成部の動作を制御する（上述したステップＳ１５１参照）。
次に、制御部６は、図１６（Ｄ）に示すように、粉体層ＰW[1]内に造形層ＬＹ[1]が形成されるように、立体物造形装置１の各部の動作を制御する（上述したステップＳ１５２参照）。
具体的には、制御部６は、まず、造形層データＦＤ[1]に基づいてヘッドユニット３の動作を制御することで、粉体層ＰW[1]にインクを吐出させてドットを形成する。次に、制御部６は、粉体層ＰW[1]に形成したドットを硬化させるように、硬化ユニット６１の動作を制御することで、ドットが形成されている部分の粉体を固め、造形層ＬＹ[1]を形成する。
その後、制御部６は、図１６（Ｅ）に示すように、粉体層ＰW[1]及び造形層ＬＹ[1]の上に、所定の厚さΔＺの粉体層ＰW[2]を形成するように粉体層形成部を制御する。さらに、制御部６は、図１６（Ｆ）に示すように、造形層ＬＹ[2]が形成されるように、立体物造形装置１の各部の動作を制御する。
このように、制御部６は、造形層データＦＤ[q]に基づいて、粉体層ＰW[q]内に造形層ＬＹ[q]を形成し、当該造形層ＬＹ[q]を積層させていくことで、立体物Ｏbjを造形する。
【００８７】
＜変形例２＞  
上述した実施形態において、吐出部Ｄから吐出されるインクは、紫外線硬化型インク等の硬化性インクであるが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂等からなるインクであってもよい。
この場合、インクは、吐出部Ｄにおいて加熱された状態で吐出されることが好ましい。すなわち、本変形例に係る吐出部Ｄは、キャビティ３２０に設けられた発熱体（図示省略）を発熱させることでキャビティ３２０内に気泡を生じさせてキャビティ３２０内部の圧力を高め、これによりインクを吐出させる、所謂サーマル方式の吐出であることが好ましい。
また、この場合、吐出部Ｄから吐出されたインクは外気により冷却されて硬化するため、
立体物造形装置１は、硬化ユニット６１を具備しなくてもよい。
【００８８】
＜変形例３＞  
上述した実施形態及び変形例において、立体物造形装置１が吐出可能なドットのサイズは、小ドット、中ドット、及び、大ドットの３種類であるが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、立体物造形装置１が吐出可能なドットのサイズは２種類以上あればよい。
【００８９】
ここで、ボクセルＶxのサイズをＳＶＸで表し、立体物造形装置１が吐出可能なドットのサイズがＫ種類であるとし、それぞれのドットのサイズをＳＤ１、ＳＤ２、…、ＳＤＫで表す（Ｋは、Ｋ≧２を満たす自然数）。但し、ＳＤ１＞ＳＤ２＞…＞ＳＤＫを満たすこととする。
この場合、以下の式（１）を満たす非負の整数α１、α２、…、αＫの組み合わせが少なくとも２通り存在すればよい。
【数１】
0006485005.tif 000002
【００９０】
例えば、式（１）を満たす非負の整数α１、α２、…、αＫの組み合わせとしては、以下の第１乃至第３の３種類の組み合わせのうち、少なくとも２つの組み合わせが存在すればよい。
（Ａ）第１の組み合わせ：  整数α１が「１」であり、且つ、整数α２、…、αＫが全て「０」である。
（Ｂ）第２の組み合わせ：  ＫがＫ≧３を満たすことを前提として、２≦ｊ1＜ｊ2≦Ｋを満たす自然数ｊ1及びｊ2について、整数αｊ1及びαｊ2が「１」以上である。
（Ｃ）第３の組み合わせ：  ２≦ｊ3≦Ｋを満たす自然数ｊ3に対応する整数αｊ3が「２」以上であり、且つ、それ以外のｊ≠ｊ3なる整数αｊが全て「０」である。
第１の組み合わせは、Ｋ種類のドットのうち最大のサイズＳＤ１が、ボクセルＶxのサイズＳＶＸと略同じであることを示す。
第２の組み合わせは、ボクセルＶxが、１個または２個以上のサイズＳＤｊ1のドットと、１個または２個以上のサイズＳＤｊ2のドットと、を含む複数のドットにより形成可能であることを示す。
第３の組み合わせは、ボクセルＶxが、複数個のサイズＳＤｊ3のドットにより形成可能であることを示す。
なお、本変形例において、ドットの各サイズＳＤ１、ＳＤ２、…、ＳＤＫと、ボクセルＶxのサイズＳＶＸと、が最小のサイズＳＤＫの整数倍のサイズであることが好ましい。
【００９１】
＜変形例４＞  
上述した実施形態及び変形例において、造形データ生成部９３はホストコンピューター９に設けられるが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、造形データ生成部９３は立体物造形装置１に設けられるものであってもよい。例えば、造形データ生成部９３は、制御部６が制御プログラムに従って動作すること実現される機能ブロックとして実装されてもよい。
立体物造形装置１が造形データ生成部９３を備える場合、立体物造形装置１は、外部のホストコンピューター９から供給される形状データＤatに基づいて造形層データＦＤを生成し、更に、生成した造形層データＦＤに基づいて立体物Ｏbjを造形することができる。
【００９２】
＜変形例５＞  
上述した実施形態及び変形例において、立体物造形システム１００は形状データ生成部９２を備えるが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、立体物造形システム１００が形状データ生成部９２を含まずに構成されてもよい。
つまり、立体物造形システム１００は、立体物造形システム１００の外部から供給される形状データＤatに基づいて、立体物Ｏbjを造形するものであればよい。
【００９３】
＜変形例６＞  
上述した実施形態及び変形例において、駆動波形信号Ｃomは、波形ＰL1〜ＰL3を有する信号であるが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、駆動波形信号Ｃomは、複数サイズのドットに対応する量のインクを吐出部Ｄから吐出させることが可能な波形を有する信号であれば、どのような信号であってもよい。例えば、駆動波形信号Ｃomは、互いに異なる形状の２つの波形を含むものであってもよい。また、駆動波形信号Ｃomは、インクの種類に応じて異なる波形としてもよい。
また、上述した実施形態及び変形例において、波形指定信号ＳＩ[m]のビット数は２ビットであるが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、波形指定信号ＳＩ[m]のビット数は、吐出部Ｄから吐出されたインクにより形成されるドットのサイズの種類数に応じて、適宜定めればよい。
【符号の説明】
【００９４】
１…立体物造形装置、３…ヘッドユニット、６…制御部、７…位置変化機構、９…ホストコンピューター、３０…記録ヘッド、３１…駆動信号生成部、４５…造形台、６０…記憶部、６１…硬化ユニット、９２…形状データ生成部、９３…造形データ生成部、１００…立体物造形システム、Ｄ…吐出部、Ｎ…ノズル。
【図１】
0006485005.tif 000003
【図２】
0006485005.tif 000004
【図３】
0006485005.tif 000005
【図４】
0006485005.tif 000006
【図５】
0006485005.tif 000007
【図６】
0006485005.tif 000008
【図７】
0006485005.tif 000009
【図８】
0006485005.tif 000010
【図９】
0006485005.tif 000011
【図１０】
0006485005.tif 000012
【図１１】
0006485005.tif 000013
【図１２】
0006485005.tif 000014
【図１３】
0006485005.tif 000015
【図１４】
0006485005.tif 000016
【図１５】
0006485005.tif 000017
【図１６】
0006485005.tif 000018