(57)【要約】  立体的な造形物を造形する造形装置（１０）であって、造形物（５０）の造形に用いる材料を吐出する材料吐出部であるヘッド部（１２）と、ヘッド部（１２）の動作を制御する制御部（２０）とを備え、ヘッド部（１２）は、着色用の材料を少なくとも吐出し、着色された造形物（５０）を造形する場合、ヘッド部（１２）は、造形する造形物（５０）の表面形状に沿った層状の領域であり、着色用の材料により着色された領域である着色領域を少なくとも形成し、制御部（２０）は、造形物（５０）の表面と垂直な方向である造形物（５０）の法線方向における着色領域が予め設定された一定の厚さになるように、ヘッド部（１２）に着色領域を形成させる。
2017204094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体的な造形物を造形する造形装置であって、
前記造形物の造形に用いる材料を吐出する材料吐出部と、
前記材料吐出部の動作を制御する制御部と、を備え、
前記材料吐出部は、着色された前記造形物を造形する場合に前記造形物の着色に用いる着色用の材料を少なくとも吐出し、
着色された前記造形物を造形する場合、前記材料吐出部は、造形する前記造形物の表面形状に沿った層状の領域であり、前記着色用の材料により着色された領域である着色領域を少なくとも形成し、
前記制御部は、前記造形物の表面と垂直な方向である前記造形物の法線方向における前記着色領域が予め設定された一定の厚さになるように、前記材料吐出部に前記着色領域を形成させることを特徴とする造形装置。
【請求項２】
着色された前記造形物を造形する場合、少なくとも、内部を構成する内部領域と、前記内部領域の外側を囲む前記着色領域とを有する前記造形物を造形し、
前記材料吐出部は、
前記内部領域を形成する材料を吐出する吐出ヘッドである内部造形用ヘッドと、
前記着色用の材料を吐出する吐出ヘッドである着色用ヘッドとを有し、
前記制御部は、少なくとも前記着色用ヘッドに前記着色用の材料を吐出させることにより、前記材料吐出部に前記着色領域を形成させることを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
前記内部造形用ヘッド及び前記着色用ヘッドは、インクジェット方式でインクを吐出するインクジェットヘッドであり、
前記内部領域を形成する材料、及び前記着色用の材料は、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化型インクであることを特徴とする請求項２に記載の造形装置。
【請求項４】
前記造形に用いる材料を予め設定された積層方向へ重ねることで前記造形物を造形し、
前記造形物は、前記積層方向における下側の面である下面と、前記下面と交差する側面とを少なくとも有し、
前記制御部は、前記下面と前記側面とが交差する領域の近傍について、前記法線方向における前記着色領域の厚さが前記一定の厚さから外れるのを許容して、前記下面に沿った前記着色領域と前記側面に沿った前記着色領域とが連続的につながるように、前記材料吐出部に着色領域を形成させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の造形装置。
【請求項５】
前記造形物の表面において周囲の色とは違う色の前記着色用の材料で描かれた文字又は図柄を含むように着色がされた前記造形物を造形可能であり、
前記文字又は図柄を含むように着色がされた前記造形物を造形する場合、前記着色領域における前記法線方向の各位置で、前記造形物の表面と平行な方向における前記文字又は図柄の各部の幅が一定になるように、前記制御部は前記材料吐出部に前記着色領域を形成させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の造形装置。
【請求項６】
前記造形物の表面の面内において周囲の色とは違う色の前記着色用の材料で描かれた文字又は図柄を含むように着色がされた前記造形物を造形可能であり、
前記文字又は図柄を含むように着色がされた前記造形物を造形する場合、前記造形物の表面と平行な方向における前記文字又は図柄の各部の幅について、前記造形物の最も表面側での前記幅が前記造形物の最も内部側での幅よりも大きくなるように、前記制御部は前記材料吐出部に前記着色領域を形成させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の造形装置。
【請求項７】
前記造形物の表面の面内において周囲の色とは違う色の前記着色用の材料で描かれた文字又は図柄を含むように着色がされた前記造形物を造形可能であり、
前記文字又は図柄を含むように着色がされた前記造形物を造形する場合、前記造形物の表面と平行な方向における前記文字又は図柄の各部の幅について、前記造形物の最も表面側での前記幅が前記造形物の最も内部側での幅よりも小さくなるように、前記制御部は前記材料吐出部に前記着色領域を形成させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の造形装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記造形物の法線方向における前記着色領域の厚さについて、予め設定された基準の厚さとの差が予め設定された許容範囲内になるように、前記材料吐出部に前記着色領域を形成させることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の造形装置。
【請求項９】
立体的な造形物を造形する造形方法であって、
前記造形物の造形に用いる材料を吐出する材料吐出部の動作の制御において、
前記材料吐出部に、着色された前記造形物を造形する場合に前記造形物の着色に用いる着色用の材料を少なくとも吐出させ、
着色された前記造形物を造形する場合、前記材料吐出部に、造形する前記造形物の表面形状に沿った層状の領域であり、前記着色用の材料により着色された領域である着色領域を少なくとも形成させ、
前記造形物の表面と垂直な方向である前記造形物の法線方向における前記着色領域が予め設定された一定の厚さになるように、前記材料吐出部に前記着色領域を形成させることを特徴とする造形方法。
【請求項１０】
造形物を造形する方法であって、
前記造形物の表面から内部にかけて、前記表面の法線方向に一定の厚さを有するカラー領域を有する前記造形物の設計データを生成するステップと、
前記設計データに基づいて、造形材料を積層して前記造形物を生成するステップと、
を備え、
前記カラー領域の法線方向の厚さは、解像度ピッチの２倍以上であることを特徴とする造形方法。
【請求項１１】
前記カラー領域の法線方向の厚さは５０μｍ以上、６００μｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の造形方法。
【請求項１２】
インクジェットヘッドから、少なくともカラーインクを含む複数種類のインクを吐出し、吐出後にインクを硬化して造形することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の造形方法。
【請求項１３】
前記インクジェットヘッドは光硬化性インクを吐出し、吐出後に光照射によって硬化して造形することを特徴とする請求項１２に記載の造形方法。
【請求項１４】
前記インクジェットヘッドは、高温で軟化し、常温となることで硬化する熱可塑性インクを吐出することを特徴とする請求項１２に記載の造形方法。
【請求項１５】
前記設計データを生成するステップにおいて、前記造形物の内部にあって、前記カラー領域を透過した光を反射する前記法線方向に一定以上の厚さを持った光反射領域を有する設計データを生成することを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれかに記載の造形方法。
【請求項１６】
前記設計データを生成するステップにおいて、前記造形物の前記カラー領域と前記光反射領域の間に、前記カラー領域に沿って一定の厚さを持った分離領域を有する設計データを生成することを特徴とする請求項１５に記載の造形方法。
【請求項１７】
前記造形物を生成するステップにおいて用いられる造形材料は、被積層面に着弾するボクセルの積層方向寸法と面走査方向寸法との比が１：２以上となるような造形材料であることを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれかに記載の造形方法。
【請求項１８】
前記設計データを生成するステップにおいて、前記カラー領域は、積層面の面走査方向への誤差拡散法、ディザ法、ＦＭスクリーン法のいずれかにより各カラー色の中間調を形成することを特徴とする請求項１０乃至１７のいずれかに記載の造形方法。
【請求項１９】
前記設計データを生成するステップにおいて、隣り合う層間で、前記誤差拡散法、もしくはディザ法のマスクパターンを移動、もしくは変更することを特徴とする請求項１８に記載の造形方法。
【請求項２０】
前記造形物を生成するステップは、被積層面に敷き詰めた粉体の造形材料に対して、前記粉体を結合するための結着液を吐出することによって積層することを特徴とする請求項１０に記載の造形方法。
【請求項２１】
前記設計データを生成するステップは、前記造形物の形状がＳＴＬフォーマットによって規定される場合、三角形ポリゴンの面に対して垂直な方向を前記法線方向として前記カラー領域を規定することを特徴とする請求項１０乃至２０のいずれかに記載の造形方法。
【請求項２２】
造形物の表面から内部にかけて、前記表面の法線方向に、解像度ピッチの２倍以上で一定の厚さを有するカラー領域と、
前記カラー領域の内側に一定以上の厚さを有する光反射領域と、
を有する造形物。
【請求項２３】
前記カラー領域と前記光反射領域の間に、前記カラー領域に沿って一定の厚さを持った分離領域を有することを特徴とする請求項２２に記載の造形物。
【請求項２４】
造形物を造形する造形装置であって、
前記造形物の表面から内部にかけて、前記表面の法線方向に一定の厚さを有するカラー領域を有する前記造形物の設計データを生成する設計データ生成部と、
前記設計データに基づいて造形材料を吐出して積層し、前記造形物を生成する造形処理部と、
を備え、
前記カラー領域の法線方向の厚さは、解像度ピッチの２倍以上であることを特徴とする造形装置。
【請求項２５】
前記設計データ生成部は、前記造形物の内部にあって、前記カラー領域を透過した光を反射する一定以上の厚さを持った光反射領域を有する設計データを生成することを特徴とする請求項２４に記載の造形装置。
【請求項２６】
前記設計データ生成部は、前記造形物の前記カラー領域と前記光反射領域の間に、前記カラー領域に沿って一定の厚さを持った分離領域を有する設計データを生成することを特徴とする請求項２５に記載の造形装置。
【請求項２７】
前記造形処理部は、被積層面に着弾するボクセルの積層方向寸法と面走査方向寸法との比が１：２以上となるような造形材料を吐出することを特徴とする請求項２４乃至２６のいずれかに記載の造形装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願では、２０１６年５月２３日に日本国に出願された特許出願番号２０１６−１０２５１５、及び２０１６年１２月２８日に日本国に出願された特許出願番号２０１６−２５５０１０の利益を主張し、当該出願の内容は引用することによりここに組み込まれているものとする。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、造形装置、造形方法、及び造形物に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、インクジェットヘッドを用いて造形物を造形する造形装置（３Ｄプリンタ）が知られている（例えば、特開２０１５−７１２８２号公報参照。）。このような造形装置においては、インクジェットヘッドにより形成するインクの層を複数層重ねることにより、積層造形法で造形物を造形する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インクジェットヘッドを用いて造形物を造形する場合、造形の材料として着色用のインクを用いることにより、様々な色に着色された造形物を造形できる。また、造形物の表面に様々な文字や図柄等の模様を描くことで、造形物を様々に加飾することもできる。また、このようにして着色された造形物を造形する場合、造形物の内部に光反射性の領域（例えば、白色の領域）を形成し、その周囲に着色領域を形成することが考えられる。このように構成すれば、２次元の画像を印刷するインクジェットプリンタでの印刷時に白い紙等の上に印刷を行う場合と同様にして、様々な色を表現することができる。【０００５】
しかし、造形物を着色する場合、平面状の紙等に印刷を行う場合との条件の違い等により、様々な問題が生じるおそれもある。そのため、従来、造形装置において、着色された造形物をより適切に造形することが望まれていた。【０００６】
本発明者の出願に係る特開２０１５−１４７３２６号公報は、光反射性の領域の周囲に着色領域を形成する造形方法を開示した文献である。特開２０１５−１４７３２６号公報では、光反射性の領域と着色領域との界面においてインクが混じり合って所望の加飾を実現できない場合があるという課題を解決するため、光反射性の領域と着色領域との間に透明領域を配置し、光反射性領域と着色領域とを分離した構成を提案した。【０００７】
上記した造形物では、造形物内部の光反射性領域で反射された可視光が着色領域を通過し、減法混色の原理によって様々な色を表現することができる。しかし、このような造形物において、例えば、１０００万色以上の多くの色を高精細に表現するためには、単に、光反射性領域と着色領域とを分離するだけでは十分でない場合があることが、発明者のその後の研究および開発で明らかになった。【０００８】
そこで、本発明は、上記背景に鑑み、高精細なカラー造形を可能にする造形方法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】
【０００９】
本願の発明者は、造形装置で様々な立体的な形状の造形物を造形する場合に、２次元の画像をインクジェットプリンタで印刷する場合と異なる点に着目した。より具体的に、着色された造形物を造形する場合、例えば、上記のように、光反射性の領域の周囲に着色領域を形成することが考えられる。この場合、例えば着色領域の形成時にインクの着弾ずれ等が生じると、内部の光反射性の領域が表面に露出する場合がある。【００１０】
この点について、２次元の画像を印刷する場合でも、着弾ずれが生じれば、紙等の色が被印刷面に現れる場合もある。しかし、造形物の造形時には、様々な形状の造形物を造形するため、２次元の画像を印刷する場合と比べ、着弾ずれ等の影響が生じやすいと考えられる。着色された造形物を造形する場合、造形物の側面にも着色を行う場合がある。そして、造形物において、側面は、積層される複数のインクの層の端部により構成される面である。そのため、造形物の側面に対して着色を行う動作は、２次元の画像を印刷する動作と大きく異なっている。このような端部においては、造形物の形状や、造形時の周囲における空気の流れ等の影響により、２次元の画像の印刷時等と比べ、着弾ずれが生じやすいと考えられる。そのため、造形物の造形時には、２次元の画像の印刷時と比べ、着弾ずれ等の影響が生じやすくなると考えられる。【００１１】
これに対し、本願の発明者は、ある程度の厚みを有する着色領域を形成することで、造形物の内部の色の露出を防ぐことを考えた。このように構成すれば、例えば、着弾ずれが生じた場合にも、光反射性の領域が表面に露出すること等を適切に防ぐことができる。【００１２】
しかし、この場合も、単純に着色領域を形成するのみでは、例えば造形物の形状の影響により、所望の色での着色ができない場合もある。より具体的には、造形物の形状の影響により、同じ色に着色すべき領域の間で、外部から視認される色の差が大きくなること等が考えられる。【００１３】
そこで、本願の発明者は、更なる鋭意研究により、造形物の形状に合わせて着色領域を形成することを考えた。より具体的に、造形物の表面と垂直な法線方向における着色領域が一定の厚さになるように、着色領域を形成することを考えた。また、更なる鋭意研究により、この場合に必要な特徴を見出し、本発明に至った。【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明は、立体的な造形物を造形する造形装置であって、前記造形物の造形に用いる材料を吐出する材料吐出部と、前記材料吐出部の動作を制御する制御部とを備え、前記材料吐出部は、着色された前記造形物を造形する場合に前記造形物の着色に用いる着色用の材料を少なくとも吐出し、着色された前記造形物を造形する場合、前記材料吐出部は、造形する前記造形物の表面形状に沿った層状の領域であり、前記着色用の材料により着色された領域である着色領域を少なくとも形成し、前記制御部は、前記造形物の表面と垂直な方向である前記造形物の法線方向における前記着色領域が予め設定された一定の厚さになるように、前記材料吐出部に前記着色領域を形成させることを特徴とする。【００１５】
このように構成すれば、造形物における着色領域について、適切かつ十分な厚さで適切に形成できる。また、これにより、着弾ずれ等により造形物の内部の色が露出すること等を適切に防ぐことができる。また、法線方向における着色領域の厚さを一定の厚さにすることにより、所望の色を適切に表現することが可能になる。そのため、このように構成すれば、着色された造形物をより適切に造形できる。【００１６】
尚、この構成において、造形装置は、内部領域と着色領域とを少なくとも有する造形物を造形する。また、この場合、材料吐出部は、少なくとも、内部領域を形成する材料と、着色用の材料とを吐出する。内部領域を形成する材料としては、例えば、白色等の光反射性の色の材料を好適に用いることがでる。また、着色用の材料としては、カラー表現（例えばフルカラー表現）を行うためのプロセスカラーの各色の材料を好適に用いることができる。また、これらの材料としては、紫外線硬化型インクを好適に用いることができる。【００１７】
また、本発明の構成として、上記と同様の特徴を有する造形方法等を用いることも考えられる。この場合も、上記と同様の効果を得ることができる。【００１８】
本発明の造形方法は、造形物を造形する方法であって、前記造形物の表面から内部にかけて、前記表面の法線方向に一定の厚さを有するカラー領域を有する前記造形物の設計データを生成するステップと、前記設計データに基づいて、造形材料を積層して前記造形物を生成するステップとを備え、前記カラー領域の法線方向の厚さは、解像度ピッチの２倍以上である。【００１９】
このようにカラー領域の厚さを一定とすることにより、減法混色の原理により表現される色の品質を一定にすることができる。また、法線方向の厚さが解像度ピッチの２倍以上の厚さを有することにより、法線方向に２種類以上の色を重ねることができ、多様な色を表現することができる。【００２０】
本発明の造形方法において、前記カラー領域の法線方向の厚さは５０μｍ以上、６００μｍ以下であってもよい。【００２１】
複数色を重ねて多様な色を表現するために５０μｍ以上であることが望ましく、カラー領域の可視光透過率を確保するため、またカラーの解像度を低下させないために６００μｍ以下であることが望ましい。【００２２】
本発明の造形方法は、インクジェットヘッドから、少なくともカラーインクを含む複数種類のインクを吐出し、吐出後にインクを硬化して造形してもよい。【００２３】
本発明の造形方法は、前記インクジェットヘッドは光硬化性インクを吐出し、吐出後に光照射によって硬化して造形してもよい。また、前記インクジェットヘッドは熱可塑性インクを高温にして低粘度で吐出し、吐出後に常温になることで硬化して造形してもよい。【００２４】
本発明の造形方法は、前記設計データを生成するステップにおいて、前記造形物の内部にあって、前記カラー領域を透過した可視光を反射する一定以上の厚さを持った光反射領域を有する設計データを生成してもよい。【００２５】
このように光反射領域が一定以上の厚さを有することにより、造形物の外部から入射した光の反射率を高めることができる。【００２６】
本発明の造形方法は、前記設計データを生成するステップにおいて、前記造形物の前記カラー領域と前記光反射領域の間に、前記カラー領域に沿って一定の厚さを持った分離領域を有する設計データを生成してもよい。【００２７】
このようにカラー領域と光反射領域との間に分離領域を有することにより、カラー領域と光反射領域とが混ざり合うことを防止できる。【００２８】
本発明の造形方法において、前記造形物を生成するステップにおいて用いられる造形材料は、被積層面に着弾するボクセルの積層方向寸法と面走査方向寸法とのアスペクト比が１：２以上となるような造形材料であってもよい。【００２９】
本発明の造形方法は、前記設計データを生成するステップにおいて、前記カラー領域は、積層面（スライス面）の面走査方向への誤差拡散法、ディザ法、ＦＭスクリーン法のいずれかにより各カラー色の中間調を形成してもよい。【００３０】
本発明の造形方法は、前記設計データを生成するステップにおいて、隣り合う層間で、前記誤差拡散法の誤差値を拡散、もしくはディザ法のマスクパターンを移動、もしくは変更してもよい。【００３１】
本発明の造形方法において、前記造形物を生成するステップは、被積層面に敷き詰めた粉体の造形材料に対して、前記粉体を結合するための結着液をインクジェット法を用いて吐出することによって積層してもよい。その場合は、本方式のインクの色を結着液の色とすればよい。【００３２】
本発明の造形方法において、前記設計データを生成するステップは、前記造形物の形状がＳＴＬファイルフォーマットによって規定される場合、三角形メッシュの面に対して垂直な方向を前記法線方向として前記カラー領域を規定してもよい。【００３３】
本発明の造形物は、造形物の表面から内部にかけて、前記表面の法線方向に、解像度ピッチの２倍以上の厚さを有するカラー領域と、前記カラー領域のさらに内部にかけて一定以上の厚さを有する光反射領域とを有する。【００３４】
本発明の造形物は、前記カラー領域と前記光反射領域の間に、前記カラー領域に沿って一定の厚さを持った分離領域を有してもよい。【００３５】
本発明の造形装置は、造形物を造形する造形装置であって、前記造形物の表面から内部にかけて、前記表面の法線方向に一定の厚さを有するカラー領域を有する前記造形物の設計データを生成する設計データ生成部と、前記設計データに基づいて造形材料を吐出して積層し、前記造形物を生成する造形処理部とを備え、前記カラー領域の法線方向の厚さは、解像度ピッチの２倍以上である。【００３６】
本発明の造形装置において、前記設計データ生成部は、前記造形物の内部にあって、前記カラー領域を透過した可視光を反射する一定以上の厚さを持った光反射領域を有する設計データを生成してもよい。【００３７】
本発明の造形装置において、前記設計データ生成部は、前記造形物の前記カラー領域と前記光反射領域の間に、前記カラー領域に沿って一定の厚さを持った分離領域を有する設計データを生成してもよい。【００３８】
本発明の造形装置において、前記造形処理部は、被積層面に着弾するボクセルの積層方向寸法と面走査方向寸法とのアスペクト比が１：２以上となるような造形材料を吐出してもよい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、着色された造形物をより適切に造形できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係る造形装置１０の要部の構成の一例を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係る造形装置１０のヘッド部１２の詳細な構成の一例を示す図である。
【図２Ａ】造形装置１０により造形する造形物５０の構成の一例をサポート層５２と共に示す断面図である。
【図２Ｂ】造形装置１０により造形する造形物５０の構成の他の例をサポート層５２と共に示す断面図である。
【図３】本実施の形態において行う造形の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４Ａ】図３に示したフローチャートにおける各動作の一例を模式的に示す図である。
【図４Ｂ】図３に示したフローチャートにおける各動作の一例を模式的に示す図である。
【図４Ｃ】図３に示したフローチャートにおける各動作の一例を模式的に示す図である。
【図４Ｄ】図３に示したフローチャートにおける各動作の一例を模式的に示す図である。
【図５Ａ】表面カラー領域２００の拡張の仕方の一例を示す図である。
【図５Ｂ】表面カラー領域２００の拡張の仕方の変形例を示す図である。
【図５Ｃ】表面カラー領域２００の拡張の仕方の変形例を示す図である。
【図６Ａ】本実施の形態の造形物の外観を示す斜視図である。
【図６Ｂ】造形物の断面図である。
【図７Ａ】被積層面に着弾した造形材料のインク滴の形状を示す図である。
【図７Ｂ】インク滴を被積層面の上に埋め尽くした状態を示す図である。
【図７Ｃ】被積層面上に積層されたボクセルを模式的に示す図である。
【図８Ａ】ドーナツ形状の造形物での法線方向について説明する図である。
【図８Ｂ】ＳＴＬファイルの場合の法線方向について説明する図である。
【図９】スライスを構成するボクセルの色及び種類を示した造形物の断面図である。
【図１０】造形物の側面を詳細に示す図であり、造形物を横方向（Ｘ方向）から見た図である。
【図１１】造形物の上面を詳細に示す図であり、造形物を横方向（Ｘ方向）から見た図である。
【図１２】造形物の表面が斜面になっている部分を詳細に示す図であり、造形物を横方向（Ｘ方向）から見た図である。
【図１３Ａ】本実施の形態の造形装置の構成を示す図である。
【図１３Ｂ】造形処理部の構成を示す図である。
【図１３Ｃ】ヘッド部の詳細な構成の一例を示す図である。
【図１４】本実施の形態の造形装置にて、造形物を造形する動作を示す図である。
【図１５Ａ】カラーテクスチャを有する造形物の表面において法線ベクトルを求めた例を示す図である。
【図１５Ｂ】カラー領域、分離領域、光反射領域を設計した状態を示す図である。
【図１５Ｃ】カラー領域等が規定された造形物のスライスデータを示す図である。
【図１５Ｄ】カラー領域等が規定された造形物のスライスデータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る造形装置１０の一例を示す。図１Ａは、造形装置１０の要部の構成の一例を示す。
【００４２】
尚、以下に説明をする点を除き、造形装置１０は、公知の造形装置と同一又は同様の構成を有してよい。より具体的に、以下に説明をする点を除き、造形装置１０は、インクジェットヘッドを用いて造形に用いる材料となる液滴（インク滴）を吐出することで造形を行う公知の造形装置と同一又は同様の構成を有してよい。また、造形装置１０は、図示した構成以外にも、造形物５０の造形や着色等に必要な各種構成を更に備えてよい。
【００４３】
本例において、造形装置１０は、インクを吐出することで積層造形法により立体的な造形物５０を造形する装置である。この場合、インクを吐出するとは、インクの液滴（インク滴）を吐出することである。また、積層造形法とは、例えば、複数の層を重ねて造形物５０を造形する方法である。造形物５０とは、例えば、立体的な三次元構造物のことである。また、本例において、造形装置１０は、ヘッド部１２、造形台１４、走査駆動部１６、及び制御部２０を備える。
【００４４】
ヘッド部１２は、造形物５０の材料となる液滴を吐出する部分であり、所定の条件に応じて硬化するインクを吐出し、硬化させることにより、造形物５０を構成する各層を重ねて形成する。また、本例において、ヘッド部１２は、造形物５０の造形に用いる材料を吐出する材料吐出部の一例であり、複数のインクジェットヘッドと、紫外線光源とを有する。また、インクとしては、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化型インクを用いる。この場合、インクとは、インクジェットヘッドから吐出される液体のことである。インクジェットヘッドとは、インクジェット方式で液体（液滴）を吐出する吐出ヘッドのことである。また、ヘッド部１２は、造形物５０の周囲に、サポート層５２を更に形成する。この場合、サポート層５２とは、造形中の造形物５０の外周を囲むことで造形物５０を支持する積層構造物のことである。本例において、サポート層５２は、造形物５０の造形時において、必要に応じて形成され、造形の完了後に除去される。また、ヘッド部１２のより具体的な構成については、後に詳しく説明をする。
【００４５】
造形台１４は、造形中の造形物５０を支持する台状部材であり、ヘッド部１２におけるインクジェットヘッドと対向する位置に配設され、造形中の造形物５０を上面に載置する。また、本例において、造形台１４は、少なくとも上面が積層方向へ移動可能な構成を有しており、走査駆動部１６に駆動されることにより、造形物５０の造形の進行に合わせて、少なくとも上面を移動させる。この場合、積層方向とは、積層造形法において造形の材料が積層される方向のことである。また、より具体的に、本例において、積層方向は、造形装置１０において予め設定される主走査方向（図中のＹ方向）及び副走査方向（図中のＸ方向）と直交する方向（図中のＺ方向）である。
【００４６】
走査駆動部１６は、造形物５０に対して相対的に移動する走査動作をヘッド部１２に行わせる駆動部である。この場合、造形物５０に対して相対的に移動するとは、造形物５０が載っている造形台１４に対して相対的に移動することにより、造形台１４上で造形中の造形物５０に対して相対的に移動することである。また、走査動作をヘッド部１２に行わせるとは、ヘッド部１２におけるインクジェットヘッドに走査動作を行わせることである。
【００４７】
より具体的に、本例において、走査駆動部１６は、走査動作として、主走査動作（Ｙ走査）、副走査動作（Ｘ走査）、及び積層方向走査（Ｚ走査）をヘッド部１２に行わせる。この場合、主走査動作とは、主走査方向（Ｙ方向）へ移動しつつインクを吐出する動作である。走査駆動部１６は、主走査方向における造形台１４の位置を固定して、ヘッド部１２を移動させることにより、ヘッド部１２に主走査動作を行わせる。また、主走査動作時に、走査駆動部１６は、ヘッド部１２における紫外線光源の駆動を更に行う。より具体的に、走査駆動部１６は、主走査動作時に紫外線光源を点灯させることにより、造形物５０の被造形面に着弾したインクを硬化させる。造形物５０の被造形面とは、ヘッド部１２により次のインクの層が形成される面のことである。
【００４８】
また、副走査動作とは、主走査方向と直交する副走査方向（Ｘ方向）へ造形台１４に対して相対的に移動する動作である。副走査動作は、予め設定された送り量だけ副走査方向へ造形台１４に対して相対的に移動する動作であってよい。走査駆動部１６は、主走査動作の合間に、副走査方向におけるヘッド部１２の位置を固定して、造形台１４を移動させることにより、ヘッド部１２に副走査動作を行わせる。
【００４９】
また、積層方向走査とは、積層方向（Ｚ方向）へ造形台１４に対して相対的にヘッド部１２を移動させる動作である。走査駆動部１６は、積層方向へヘッド部１２又は造形台１４の少なくとも一方を移動させることにより、ヘッド部１２に積層方向走査を行わせる。この場合、積層方向へヘッド部１２を移動させるとは、ヘッド部１２におけるインクジェットヘッドを積層方向へ移動させることである。また、積層方向へ造形台１４を移動させるとは、造形台１４における少なくとも上面の位置を移動させることである。走査駆動部１６は、ヘッド部１２に積層方向走査を行わせることにより、ヘッド部１２におけるインクジェットヘッドと造形台１４との間の距離を変化させる。この距離は、インクジェットヘッドにおいてノズルが形成されているノズル面と、造形台１４の上面との間の距離であってよい。また、より具体的に、走査駆動部１６は、積層方向におけるヘッド部１２の位置を固定して、造形台１４を移動させる。また、これにより、走査駆動部１６は、造形途中の造形物５０における被造形面と、ヘッド部１２との間の距離を調整する。
【００５０】
尚、上記においても説明をしたように、主走査動作、副走査動作、及び積層方向走査において、ヘッド部１２の移動は、造形物５０に対する相対的な移動であってよい。そのため、主走査動作、副走査動作、及び積層方向走査のそれぞれにおいては、上記において説明をした動作に限らず、ヘッド部１２及び造形台１４のうちの少なくとも一方を移動させればよい。ヘッド部１２及び造形台１４の両方を移動させてもよい。また、主走査動作において、造形台１４の側を移動させてもよい。また、副走査動作及び積層方向走査において、ヘッド部１２の側を移動させてもよい。
【００５１】
制御部２０は、例えば造形装置１０のＣＰＵであり、造形装置１０の各部を制御することにより、造形物５０の造形の動作を制御する。より具体的に、制御部２０は、造形しようとする造形物５０の形状情報や、カラー画像情報等に基づき、造形装置１０の各部を制御する。また、制御部２０の制御に応じて、造形装置１０は、造形に用いる材料を積層方向へ重ね、積層造形法で造形物５０を造形する。
【００５２】
続いて、ヘッド部１２のより具体的な構成について、説明をする。図１Ｂは、ヘッド部１２の詳細な構成の一例を示す。本例において、ヘッド部１２は、複数のインクジェットヘッド、複数の紫外線光源１０４、及び平坦化ローラ１０６を有する。また、複数のインクジェットヘッドとして、図中に示すように、インクジェットヘッド１０２ｓ、インクジェットヘッド１０２ｗ、インクジェットヘッド１０２ｙ、インクジェットヘッド１０２ｍ、インクジェットヘッド１０２ｃ、インクジェットヘッド１０２ｋ、及びインクジェットヘッド１０２ｔ（以下、インクジェットヘッド１０２ｓ〜１０２ｔと記載する）を有する。
【００５３】
インクジェットヘッド１０２ｓ〜１０２ｔは、吐出ヘッドの一例であり、インクジェット方式でインクを吐出する。また、より具体的に、本例において、インクジェットヘッド１０２ｓ〜１０２ｔのそれぞれは、紫外線硬化型インクを吐出するインクジェットヘッドであり、副走査方向における位置を揃えて、主走査方向へ並んで配設される。インクジェットヘッド１０２ｓ〜１０２ｔのそれぞれとしては、公知のインクジェットヘッドを好適に用いることができる。また、インクジェットヘッド１０２ｓ〜１０２ｔのそれぞれは、造形台１４と対向する面に、複数のノズルが副走査方向へ並ぶノズル列を有する。また、これにより、インクジェットヘッド１０２ｓ〜１０２ｔのそれぞれは、造形台１４へ向かう方向へインクを吐出する。また、本例において、インクジェットヘッド１０２ｓ〜１０２ｔのそれぞれは、互いに異なる色のインクを吐出する。
【００５４】
インクジェットヘッド１０２ｓは、サポート層５２の材料となるインクを吐出するインクジェットヘッドである。サポート層５２の材料としては、造形物５０の造形後に水で溶解可能な水溶性の材料を好適に用いることができる。この場合、造形物５０を構成する材料よりも紫外線による硬化度が弱く、分解しやすい材料を用いることが好ましい。また、サポート層５２の材料としては、サポート層用の公知の材料を好適に用いることができる。
【００５５】
インクジェットヘッド１０２ｗは、白色（Ｗ）のインクを吐出するインクジェットヘッドである。本例において、白色のインクは、造形物５０において光反射性の領域を形成する場合に使用される。この光反射性の領域は、表面が着色された造形物５０を造形する場合において、造形物５０における着色領域の内側に形成される。この場合、表面が着色された造形物５０を造形するとは、表面の少なくとも一部が着色された造形物５０を造形することであってよい。また、造形物５０の表面とは、造形物５０の外部から色彩を視認できる領域のことである。また、本例において、白色のインクは、造形物５０における少なくとも内部の形成に使用する造形用のインクとしても用いられる。この場合、インクジェットヘッド１０２ｗは、内部造形用ヘッドの一例として機能し、造形物５０の内部領域を形成する材料を吐出する。造形物５０の内部領域とは、造形物５０の内部を構成する領域のことである。
【００５６】
インクジェットヘッド１０２ｙ、インクジェットヘッド１０２ｍ、インクジェットヘッド１０２ｃ、及びインクジェットヘッド１０２ｋ（以下、インクジェットヘッド１０２ｙ〜１０２ｋと記載する）のそれぞれは、造形物５０の着色用の材料を吐出する着色用ヘッドの一例であり、互いに異なる色の着色用のインクを吐出する。この場合、着色用のインクは、着色された造形物５０を造形する場合に造形物５０の着色に用いる着色用の材料の一例である。また、より具体的に、着色用のインクは、カラー表現（例えばフルカラー表現）に用いるプロセスカラーの各色のインクである。本例において、インクジェットヘッド１０２ｙ〜１０２ｋのそれぞれは、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色の紫外線硬化型インクを吐出する。また、本例において、着色用のインクは、造形物５０における着色領域の形成時に、クリアインクと共に用いられる。
【００５７】
インクジェットヘッド１０２ｔは、クリアインクを吐出するインクジェットヘッドである。この場合、クリアインクとは、無色の透明色（Ｔ）であるクリア色のインクのことである。
【００５８】
尚、インクジェットヘッド１０２ｓ〜１０２ｔの並び方や、ヘッド部１２が有するインクジェットヘッドの種類等については、図示した構成に限らず、様々に変更してもよい。一部のインクジェットヘッドについて、他のインクジェットヘッドと副走査方向における位置をずらして配設してもよい。また、ヘッド部１２は、各色の淡色や、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）やオレンジ等の色用のインクジェットヘッド等を更に有してもよい。
【００５９】
複数の紫外線光源１０４は、インクを硬化させるための構成であり、紫外線硬化型インクを硬化させる紫外線を発生する。紫外線光源１０４としては、ＵＶＬＥＤ（紫外ＬＥＤ）等を好適に用いることができる。また、紫外線光源１０４として、メタルハライドランプや水銀ランプ等を用いることも考えられる。また、本例において、複数の紫外線光源１０４のそれぞれは、間にインクジェットヘッド１０２ｓ〜１０２ｔを挟むように、ヘッド部１２における主走査方向の一端側及び他端側のそれぞれに配設される。
【００６０】
平坦化ローラ１０６は、造形物５０の造形中に形成されるインクの層を平坦化するための構成である。本例において、平坦化ローラ１０６は、インクジェットヘッド１０２ｓ〜１０２ｔと、紫外線光源１０４との間に配設される。これにより、平坦化ローラ１０６は、インクジェットヘッド１０２ｓ〜１０２ｔに対し、副走査方向の位置を揃えて、主走査方向へ並べて配設される。また、これにより、平坦化ローラ１０６は、例えば主走査動作時において、インクの層の表面と接触して、硬化前のインクの一部を除去することにより、インクの層を平坦化する。
【００６１】
また、より具体的に、本例において、ヘッド部１２は、１個の平坦化ローラ１０６のみを有する。この場合、平坦化ローラ１０６は、ヘッド部１２における一方の端側の紫外線光源１０４と、インクジェットヘッド１０２ｓ〜１０２ｔとの間に配設される。また、この場合、走査駆動部１６は、少なくとも、インクジェットヘッド１０２ｓ〜１０２ｔよりも平坦化ローラ１０６が後方側になる向き（一方の向き）での主走査動作をヘッド部１２に行わせる。そして、平坦化ローラ１０６は、この向きでの主走査動作中に、インクの層を平坦化する。また、走査駆動部１６は、双方向の主走査動作をヘッド部１２に行わせてもよい。この場合、平坦化ローラ１０６は、一方の向きでの主走査動作中のみに、インクの層を平坦化する。以上のような構成のヘッド部１２を用いることにより、本例によれば、インクジェット造形法で造形物５０を適切に造形できる。
【００６２】
尚、造形装置１０の構成の変形例においては、インクジェット造形法以外の方法で造形を行うこと等も考えられる。この場合も、造形物５０の表面に着色領域を形成する方法であれば、上記及び以下において説明する本例と同様の効果を得ることができる。また、より具体的に、インクジェット造形法以外の方法で造形を行う場合、石膏等の材料で造形物５０の形状をつくり、その表面に着色剤等で着色を行うこと等が考えられる。また、造形物５０の各部の断面形状に合わせた形状のシート部材（例えば紙等）を多数重ねることで造形物５０の形状をつくる場合等に、それぞれのシート部材として外縁部が着色された部材を用いること等も考えられる。
【００６３】
続いて、造形装置１０により造形する造形物５０の構成の例について、説明をする。図２は、造形装置１０により造形する造形物５０の構成の例を示す図であり、楕円形状（楕円体状）の造形物５０を造形する場合の造形物５０の断面の一例を示す。図中に示すように、図示した断面は、Ｚ方向と垂直なＸ−Ｙ断面である。また、この場合、Ｙ方向やＺ方向と垂直な造形物５０のＺ−Ｘ断面やＺ−Ｙ断面の構成も、同様の構成になる。
【００６４】
上記においても説明をしたように、本例において、造形装置１０（図１Ａ参照）におけるヘッド部１２（図１Ａ参照）は、着色用のインクを吐出するインクジェットヘッド１０２ｙ〜１０２ｋ（図１Ｂ参照）を有する。そして、インクジェットヘッド１０２ｙ〜１０２ｋを用いることにより、造形装置１０は、表面が着色された造形物５０を造形する。
【００６５】
また、本例において、造形装置１０は、少なくとも予め設定されたいずれかの造形モードでの動作時において、表面が着色された造形物５０を造形する。より具体的に、造形装置１０は、所定の造形モードである表面加飾モードでの造形を行う場合に、表面が着色された造形物５０を造形する。尚、造形装置１０は、他の造形モードでの造形を更に実行可能であってよい。また、造形装置１０は、着色がされない造形物５０等を他の造形モードで造形してもよい。
【００６６】
図２Ａは、造形装置１０により造形する造形物５０の構成の一例をサポート層５２と共に示す断面図であり、表面加飾モードでの造形時に造形する造形装置１０の構成の一例を示す。本例において、表面加飾モードで造形を行う場合、造形装置１０は、内部領域４０２、着色領域４０４、及び保護領域４０６を有する造形物５０を造形する。また、必要に応じて、造形物５０の周囲にサポート層５２を形成する。
【００６７】
内部領域４０２は、造形物５０の形状を構成する造形物５０の内部の領域である。本例において、ヘッド部１２は、白色のインクを用いて内部領域４０２を形成する。また、これにより、内部領域４０２を光反射領域としても機能させる。この場合、光反射領域とは、保護領域４０６及び着色領域４０４を介して造形物５０の表面側から入射する光を反射する光反射性の領域のことである。着色領域４０４の内側にこのような光反射領域を形成することにより、減法混色法での着色を適切に行うことができる。
【００６８】
また、着色領域４０４は、着色用のインクにより着色がされる領域である。また、図中に示すように、本例において、着色領域４０４は、造形物５０の表面形状に沿った層状の領域である。ヘッド部１２は、各色の着色用のインクと、クリアインクとを用いて、内部領域４０２の周囲に着色領域４０４を形成する。この場合、各位置への各色の着色用のインクの吐出量を調整することにより、様々な色を表現する。また、色の違いによって生じる着色用のインクの量（単位体積あたりの吐出量）の変化を補填するために、クリアインクを用いる。このように構成すれば、着色領域４０４の各位置を所望の色で適切に着色できる。また、これにより、着色用のインクにより着色された着色領域４０４を適切に形成できる。着色領域４０４の形成の仕方については、後に更に詳しく説明をする。
【００６９】
また、保護領域４０６は、造形物５０の外面を保護するための透明な領域である。本例において、ヘッド部１２は、クリアインクを用いて、着色領域４０４の周囲に保護領域４０６を形成する。以上のように各領域を形成することにより、表面が着色された造形物５０を適切に形成できる。
【００７０】
また、造形物５０の構成の変形例においては、造形物５０の具体的な構成について、上記と異ならせることも考えられる。図２Ｂは、造形装置１０により造形する造形物５０の構成の他の例をサポート層５２と共に示す断面図であり、表面加飾モードでの造形時に造形する造形装置１０の構成の他の例を示す。この場合、ヘッド部１２は、内部領域４０２と区別して、内部領域４０２と着色領域４０４との間に、光反射領域４０８を形成する。また、光反射領域４０８と着色領域４０４との間に、分離領域４１０を更に形成する。
【００７１】
このように構成した場合、内部領域４０２について、白色のインク以外のインクで形成してもよい。内部領域４０２について、サポート層５２の材料以外の任意のインクを用いて形成することが考えられる。また、造形装置１０の構成の変形例においては、白色のインク以外の造形用のインク（例えば、造形専用のインク等）を更に使用して造形物５０の造形を行い、この造形用のインク用いて内部領域４０２を形成してもよい。
【００７２】
また、この場合、光反射領域４０８については、白色のインク等の光反射性のインクで形成する。このように構成すれば、着色領域４０４等を介して造形物５０の表面側から入射する光を適切に反射することができる。また、これにより、減法混色法での着色を適切に行うことができる。
【００７３】
また、この場合、光反射領域４０８については、造形物５０の表面と垂直な方向（法線方向）における厚さが１００μｍ以上程度になるように形成することが好ましい。このように構成すれば、減法混色法での着色をより適切に行うことができる。
【００７４】
また、分離領域４１０は、クリアインクで形成された透明な領域である。分離領域４１０を形成することにより、光反射領域４０８と着色領域４０４との間でのインクの混じりを適切に防ぐことができる。このように構成した場合も、表面が着色された造形物５０を適切に形成できる。
【００７５】
続いて、本例において行う着色領域４０４の形成の仕方について、更に詳しく説明をする。以下において説明をする着色領域４０４の形成の仕方は、図２Ａ、図２Ｂを用いて説明をした表面加飾モードでの造形時に行う着色領域４０４の形成の仕方の一例である。
【００７６】
本例において、造形装置１０は、制御部２０（図１Ａ参照）の制御に応じて、ヘッド部１２における各インクジェットヘッドにインクを吐出させる。また、この場合、インクジェットヘッド１０２ｙ〜１０２ｋ（図１Ｂ参照）に着色用のインクを吐出させ、インクジェットヘッド１０２ｔ（図１Ｂ参照）にクリアインクを吐出させることにより、ヘッド部１２に着色領域４０４を形成させる。また、この場合、着色領域４０４の各位置での法線方向における厚さについて、予め設定された一定の厚さになるように、ヘッド部１２に着色領域４０４を形成させる。
【００７７】
この場合、法線方向における着色領域４０４の厚さとは、造形物５０の表面と垂直な方向における着色領域４０４の厚さのことである。また、着色領域４０４を一定の厚さにするとは、設計上の厚さを同じ厚さにすることであってよい。また、同じ厚さにするとは、造形の精度に応じた誤差範囲や、造形の動作の仕様や制限により生じる厚さの変化等を許容した範囲で、同じ厚さにすることであってよい。
【００７８】
また、制御部２０は、着色領域４０４の各位置における法線方向の厚さが予め設定された基準の厚さになるように、ヘッド部１２に着色領域４０４を形成される。この基準の厚さは、５０〜５００μｍの範囲から選ばれるいずれかの厚さである。また、この基準の厚さは、１００〜４００μｍの範囲から選ばれるいずれかの厚さであることが好ましい。より具体的に、本例において、この基準の厚さは、例えば３００μｍ程度である。
【００７９】
また、造形時にある程度の着弾ずれが生じても造形物５０の内部の色が露出しないようにする観点で考えた場合、着色領域４０４の基準の好ましい厚さは、６０μｍ以上、より好ましくは８０μｍ以上である。また、より高い精度での着色を行おうとする場合、着色領域４０４の基準の厚さについて、１５０μｍ以下にすることが好ましい。
【００８０】
また、積層造形法により積層するインクの層の厚さとの比較で考えた場合、着色領域４０４の基準の厚さは、１層分のインクの層の厚さの２倍以上（２層分以上）にすることが好ましい。また、着色領域４０４の基準の厚さは、１層分のインクの層の厚さの３倍以上（３層分以上）にすることがより好ましい。この場合、１層分のインクの層の厚さとは、造形しようとする造形物５０の一つの断面を示す一つのスライスデータに対応するインクの層の厚さのことである。スライスデータを用いて行う造形の動作については、以下において更に詳しく説明をする。
【００８１】
また、より具体的に、１層分のインクの層の厚さは、３０μｍ程度にすることが考えられる。この場合、着色領域４０４の基準の厚さが３００μｍ程度であれば、基準の厚さは、１０層分程度のインクの層に厚さに相当する。また、インクの層が積層される方向（積層方向）と直交するインクの層の面内方向に着目した場合、３００μｍ程度の厚さは、面内方向に５〜６個分程度のインクのドットが並ぶ範囲に相当すると考えられる。
【００８２】
また、着色領域４０４の形成は、以下において説明をする造形の動作の中で行う。図３及び図４Ａ〜図４Ｄは、本例において行う造形の動作の一例を示す。図３は、本例において行う造形の動作の一例を示すフローチャートである。図４Ａ〜図４Ｄは、フローチャートにおける各動作の一例を模式的に示す図である。
【００８３】
尚、図３に示したフローチャートは、造形装置１０（図１Ａ参照）において行う実際の造形の動作（積層動作）に加え、造形装置１０の動作を外部から制御する制御装置（例えばホストＰＣ等）の動作も示している。より具体的に、図３に示した動作のうち、ステップＳ１０２〜Ｓ１０８の動作は、ホストＰＣ等の制御装置で行うことが考えられる。また、この場合、ステップＳ１１０での造形の動作については、造形装置１０で行うことが考えられる。
【００８４】
また、この造形の動作は、ユーザにより用意された３Ｄモデルのデータに基づいて造形物を造形する動作の一例である。この場合、３Ｄモデルのデータとは、造形しようとする造形物を示す３次元データのことである。３Ｄモデルのデータとしては、造形装置１０の機種に依存しない汎用の３Ｄデータを好適に用いることができる。
【００８５】
また、図４Ａ〜図４Ｄでは、フローチャートにおける各動作のタイミングでの３Ｄモデルの断面形状について、模式的に示している。また、図中において、表面カラー領域２００は、造形される造形物における着色領域に対応する部分である。３Ｄモデルにおいて、表面カラー領域２００には、造形物に着色すべき色の情報が設定されている。また、表面カラー領域２００中に示した模様部２０２は、表面カラー領域２００において文字や図柄等の模様が描かれる部分を示している。
【００８６】
また、図４Ａ〜図４Ｄにおいては、図示の便宜上、図２Ａに示した場合とは異なる形状の造形物を造形する場合について、造形物の下面（底面）及び側面に対して着色を行い、上面には着色を行わない場合の３Ｄモデルを図示している。この場合、下面とは、積層方向における下側の面のことである。また、側面とは、下面に対して切り立った状態で交差する面のことである。造形の動作の他の例では、造形物の上面も含め、造形物の表面の全体に対して着色を行ってもよい。
【００８７】
以下、フローチャート中の各動作について、説明をする。この造形の動作においては、先ず、造形しようとする造形物の表面に対する法線ベクトルの算出を行う。また、より具体的に、この動作においては、図４Ａに示すように、３Ｄモデルのデータにより示される３Ｄモデルの各面に対し、反転法線ベクトルを求める（Ｓ１０２）。
【００８８】
この場合、３Ｄモデルの各面とは、３Ｄモデルの外周面のことである。また、各面に対して反転法線ベクトルを求めるとは、３Ｄモデルの外周面を構成する各位置に対し、その位置において外周面と直交する反転法線ベクトルを求めることである。また、反転法線ベクトルとは、図４Ａに矢印で示すように、３Ｄモデルの外周面と直交し、かつ、３Ｄモデルの内側へ向かうベクトル（反転した面法線ベクトル）のことである。
【００８９】
続いて、求められた反転法線ベクトルを利用して、表面カラー領域２００の厚さ（幅）の調整を行う。また、より具体的に、この動作においては、図４Ｂに示すように、表面カラー領域２００の各位置での反転法線ベクトルの方向である反転面法線方向における厚さが一定になるように表面カラー領域２００の厚さを調整する。また、これにより、反転面法線方向に一定の厚さの表面カラー領域２００を生成する（Ｓ１０２）。
【００９０】
また、一定の厚さの表面カラー領域２００を生成した後、その３Ｄモデルを用いて、スライス画像の生成を行う（Ｓ１０６）。この場合、スライス画像を生成するとは、３Ｄモデルのデータを一定の間隔で輪切り状にしたデータであるスライスデータを生成することである。また、スライス画像とは、スライスデータに対応して生成されるインクの層で表現される画像のことである。より具体的に、この動作においては、図４Ｃに示すように、造形装置１０において形成するインクの層の厚さ（インクの積層サイズ）の間隔で３Ｄモデルをスライスすることで、図４Ｄに示すようなスライスデータ（スライス画像）を生成する。
【００９１】
尚、図４Ｄに示したスライスデータにおいて、スライス前の表面カラー領域２００に対応する部分は、造形物において表面の色（表面カラー）が着色される着色領域４０４（図２Ａ参照）になる部分である。また、表面カラー領域２００の内側に対応する部分は、造形物５０において光反射領域等として機能する内部領域４０２（図２Ａ参照）になる部分である。
【００９２】
そして、生成された各スライスデータに基づき、インク情報への変換を行う（Ｓ１０８）。この場合、インク情報への変換とは、スライスデータの各画素に対し、造形装置１０において造形時に使用するインクを指定することである。また、スライスデータの各画素とは、スライスデータに対応するスライス画像の各画素のことである。また、より具体的に、この動作においては、誤差拡散法や組織的ディザ法等を適宜用いて、３Ｄモデルの表面カラー領域２００に設定されている色の情報を造形装置１０で用いるインク情報に変換する。
【００９３】
ここで、本例において、スライスデータを生成するステップＳ１０６までの動作は、造形装置１０の機種等に依存しない３Ｄモデルのデータを用いて行うことが考えられる。また、インク情報への変換を行うステップＳ１０８以降の動作では、積層動作を実行する造形装置１０の機種等に合わせた形式の造形データを用いることが好ましい。
【００９４】
また、その後、インク情報への変換がされたスライスデータを用いて、造形装置１０で造形の動作（積層動作）を実行する。また、これにより、法線方向における厚さが一定の着色領域４０４を有する造形物を造形する。
【００９５】
このように構成すれば、造形装置１０の造形を制御する造形データとして、３Ｄモデルの内側に一定の厚み分だけ表面カラー領域２００を拡張させたデータを適切に生成できる。また、このような造形データを用いて造形装置１０に造形を行わせることにより、適切かつ十分な厚さの着色領域４０４を有する造形物５０を造形できる。また、これにより、着弾ずれ等により造形物の内部の色（例えば、光反射性の白色等）が露出することを適切に防ぎ、造形物の表面の色表現をより適切に行うことができる。また、造形物の表面が削れた場合や、表面の研磨を行った場合等にも、内部の色が見えることをより適切に防ぐことができる。そのため、このように構成すれば、着色された造形物をより適切に造形できる。
【００９６】
また、この場合、立体物の造形時において造形物の表面の着色の仕方を指定するデータ（表面着色データ）の生成において、図３及び図４Ａ〜図４Ｄ等を用いて説明をしたように、３Ｄモデルの表面と垂直な法線方向へ表面カラー領域２００を拡張させた後にスライスデータを生成することで、造形後の状態（造形結果）における着色領域４０４の厚さを一定にするスライスデータをより適切に生成できる。また、これにより、造形物における着色領域４０４をより適切に形成できる。
【００９７】
また、本例によれば、十分な厚さの着色領域４０４を形成することにより、造形物の表面の色について、単色に限らず、様々なカラー表現をより適切に行うことができる。より具体的には、グラデーションやテクスチャが張られた３Ｄモデルを用いる場合でも、造形物において、良好な色表現を適切に行うことができる。更には、着色領域４０４の厚さを一定にすることにより、所望の色をより適切に表現することが可能になる。
【００９８】
尚、積層造形法で造形物を造形する場合、従来の方法では、スライス画像において表面カラー領域２００に対応する部分の厚さについて、通常、積層方向（Ｚ方向）におけるインクの層の厚さや、積層方向と直交する面内方向における幅（ＸＹ平面内での幅）を一定の厚さや幅に揃えるように調整する。これに対し、本例においては、このような厚さや幅ではなく、造形物の形状に合わせて、法線方向における着色領域４０４の厚さを一定にしている。そのため、上記のような様々な効果については、従来の構成とは異なる本例の特徴により得られていると考えることができる。
【００９９】
続いて、表面カラー領域２００の拡張の仕方について、更に詳しく説明をする。この場合、表面カラー領域２００の拡張とは、図３に示したフローチャートのステップＳ１０４で行う動作のことである。
【０１００】
図５Ａ〜図５Ｃは、表面カラー領域２００の拡張の仕方の例を示す。図５Ａは、表面カラー領域２００の拡張の仕方の一例を示す図であり、図３及び図４Ａ〜図４Ｄを用いて上記において説明をした場合と同様に表面カラー領域２００を拡張する場合の例を示す。上記においても説明をしたように、本例においては、法線方向における着色領域４０４（図２Ａ参照）の厚さが一定になるように、３Ｄモデルにおける表面カラー領域２００の厚さを調整する。
【０１０１】
この場合、着色領域４０４の厚さについては、必ずしも厳密に一定にするのではなく、求められる造形の精度等に応じてある程度の許容範囲を設定して、予め設定された基準の厚さとの差が予め設定された許容範囲内になるようにすればよい。そして、この場合、表面カラー領域２００の拡張についても、この許容範囲内に着色領域４０４の厚さが収まるように拡張すればよい。
【０１０２】
また、着色領域４０４の厚さを一定にするとは、一部の例外的な位置を除いて着色領域４０４の厚さを一定にすることであってよい。この場合、造形しようとする造形物５０の形状によっては、着色領域４０４の一部について、許容範囲外の厚さにすることも考えられる。下面と側面とが交差する形状の造形物５０を造形する場合、下面と側面とが交差する領域の近傍について、法線方向における着色領域４０４の厚さが一定の厚さから外れることを許容すること等が考えられる。
【０１０３】
より具体的に、このような形状の造形物５０を造形する場合、対応する表面カラー領域２００は、図５Ａに示すように、下面に対応する部分と、側面に対応する部分とを有することになる。そして、この場合、図からも理解できるように、図中に一点破線５０２で示したような両部分の境界の近傍については、表面カラー領域２００の厚さを明確に定義することが難しくなる場合がある。また、その結果、表面カラー領域２００の厚さを一定の厚さに設定することが難しくなる場合もある。
【０１０４】
そのため、このような場合には、表面カラー領域２００の厚さよりも表面カラー領域２００の連続性を優先して、境界部分で表面カラー領域２００が連続的につながるように表面カラー領域２００の拡張を行うことが考えられる。このように構成すれば、表面カラー領域２００をより適切に拡張できる。また、この場合、造形装置１０での造形時において、制御部２０（図１Ａ参照）は、下面に沿った着色領域４０４と側面に沿った着色領域４０４とが連続的につながるように、ヘッド部１２（図１Ａ，図１Ｂ参照）に着色領域４０４を形成させる。このように構成すれば、様々な形状の造形物をより適切に造形できる。
【０１０５】
尚、下面と側面との色を異ならせて造形物を造形する場合、一点破線５０２で示した線を境界にして色を分けて、下面及び側面の着色を行うこと等が考えられる。このように構成すれば、様々な色に着色された造形物を適切に造形できる。
【０１０６】
また、このような面の境界の近傍に対する処理は、下面と側面との境界に限らず、他の複数の面が交差する境界の近傍に対しても同様に行うことが考えられる。積層方向における上側の面である上面も着色された造形物５０を造形する場合、上面と側面とが交差する領域の近傍においても、上記と同様にして処理を行ってよい。すなわち、上面と側面とが交差する形状の造形物５０を造形する場合、上面と側面とが交差する領域の近傍についても、法線方向における着色領域４０４の厚さが一定の厚さから外れることを許容してよい。また、この場合も、境界部分で表面カラー領域２００が連続的につながるように表面カラー領域２００の拡張を行うことが考えられる。
【０１０７】
続いて、表面カラー領域２００の拡張時の模様部２０２の扱い方について、様々な例を説明する。造形物の造形時において、造形装置１０は、表面カラー領域２００における模様部２０２に対応して、周囲の色とは違う色の着色用のインクを用いて、文字や図柄等の模様を描く。この場合、周囲の色とは、造形物の表面における周囲の色のことである。そして、本例においては、この文字や図柄等についても、着色領域４０４の全体と同じ厚さに形成する。そのため、表面カラー領域２００の拡張時には、文字や図柄等を含む模様部２０２についても、表面カラー領域２００と同じ厚さに拡張する。
【０１０８】
そして、この場合、図４や図５Ａにおいて図示したように、法線方向と直交する方向における模様部２０２の幅については一定の幅を保ったまま、法線方向へ模様部２０２を拡張することが考えられる。このように構成した場合、着色領域４０４における法線方向の各位置で、法線方向と直交する方向における文字や図柄等の各部の幅は一定になる。このように構成すれば、造形物の内部側に入り込むような厚みのある文字や図柄等を適切に形成できる。また、これにより、文字や図柄等を含む着色がされた造形物を適切に造形できる。
【０１０９】
尚、文字や図柄等の各部の幅とは、文字や図柄等を構成する各要素の幅のことである。また、以下においては、説明の便宜上、文字や図柄等の各部の幅について、単に文字や図柄等の幅と記載する。
【０１１０】
また、造形装置１０の構成の変形例においては、文字や図柄等の幅について、法線方向の位置に応じて変化させてもよい。また、この場合、特定の視覚的な効果を得るために文字や図柄等の幅を変化させることが考えられる。また、文字や図柄等の見え方を考慮した補正を行うこと等も考えられる。また、文字や図柄等の幅の調整は、スライスデータを生成する前に、表面カラー領域２００の拡張時等に行うことが好ましい。
【０１１１】
図５Ｂ、図５Ｃは、表面カラー領域２００の拡張の仕方の変形例を示す図である。図５Ｂは、文字や図柄等の幅について、造形物の内部へ向けて徐々に小さくする場合の例を示す。この場合、表面カラー領域２００の拡張時には、模様部２０２の幅について、図中に示すように、表面側から内部側へ向かって徐々に小さくする。このように構成した場合、造形装置１０で造形する造形物において、表面と平行な方向における文字や図柄等の幅について、造形物の最も表面側での幅が内部側での幅よりも大きくなる。この場合も、文字や図柄等を含む着色がされた造形物を適切に造形できる。
【０１１２】
また、この場合、文字や図柄等の端部（エッジ）を強調した状態で文字や図柄等を描くこともできる。そのため、このように構成すれば、文字や図柄等の幅を一定にする場合とは異なる視覚的な効果を得ることができる。
【０１１３】
また、文字や図柄等の幅については、上記と異なるように変化させることも考えられる図５Ｃは、文字や図柄等の幅について、造形物の内部へ向けて徐々に大きくする場合の例を示す。この場合、表面カラー領域２００の拡張時には、模様部２０２の幅について、図中に示すように、表面側から内部側へ向かって徐々に大きくする。このように構成した場合、造形装置１０で造形する造形物において、表面と平行な方向における文字や図柄等の幅について、造形物の最も表面側での幅が内部側での幅よりも小さくなる。この場合も、文字や図柄等を含む着色がされた造形物を適切に造形できる。
【０１１４】
また、この場合、広がった印象を与えるような状態で文字や図柄等を描くこともできる。そのため、このように構成すれば、文字や図柄等の幅を一定にする場合とは異なる視覚的な効果を得ることができる。
【０１１５】
次に、本発明の別の実施の形態の造形装置、造形方法、および造形物について説明する。以下の説明では、インクジェットヘッドから紫外線硬化型インク（以下、「ＵＶインク」という）を吐出し、吐出されたＵＶインクに対して紫外線を照射して硬化させる造形方法を取り上げる。しかし、本発明は、この方式に限らず、積層方式によって造形物を形成する方式に適用することができる。例えば、造形物の材料となる粉体をあらかじめ敷き詰めておき、結着液をインクジェット法を用いて吐出して層を形成する方式にも適用可能である。その場合は、本方式のインクの色を結着液の色とすればよい。
【０１１６】
［造形物の構成］
図６Ａは、本実施の形態の造形物３１０の外観を示した斜視図である。本実施の形態の造形物３１０は、側面が湾曲して膨らんだ略円筒形状を有している。造形物３１０の表面は、色を有している。なお、本発明に係る造形物の形状、並びに本発明に係る製造方法によって製造される造形物の形状は、図６Ａに示す形状に限定されるものではなく、六面体や球型や中空構造やリング構造や蹄鉄型などあらゆる形状に適用することができる。
【０１１７】
図６Ｂは、図６Ａに示す造形物３１０のＡ−Ａ断面図である。造形物３１０は、内側から順に、造形領域３１１、光反射領域３１２、分離領域３１３、カラー領域３１４を有している。図６Ｂに示す例では、カラー領域３１４が最外面にあるが、カラー領域３１４の上面に透明の保護層を有してもよい。
【０１１８】
本実施の形態の造形物３１０は、カラー領域３１４が一定の厚さを有している。カラー領域３１４の厚さは、カラー領域３１４の表面の法線方向についてみると、解像度ピッチの２倍以上である。以下、カラー領域３１４の構成について詳細に説明するが、説明に先立って、本実施の形態で用いるいくつかの用語について説明する。なお、以下の用語の説明は、本実施の形態の造形物の理解に資するためのものであり、本発明を限定するものではない。
【０１１９】
図７Ａは、被積層面に着弾した造形材料の1つのインク滴の形状を示す図である。インク滴は、上面（Ｚ方向）から見ると略円形形状を有しており、横（Ｘ方向またはＹ方向）から見ると略矩形形状を有している。なお、横から見たときの形状は、インク滴の量と表面張力によって異なる。例えば、表面張力が大きい材料であってインク滴の量が少ない場合には、インク滴は半球に近い形状となる。インク滴は、高さ方向の寸法が、形成したい層の厚みＶｚより１０〜２０％だけ大きくなるような量であり、厚みＶｚより大きい部分を平坦化ローラで掻き取ることで、層の高さを揃える。
【０１２０】
図７Ｂは、複数のインク滴を被積層面の上に埋め尽くした状態を示す図である。各インク滴は、あらかじめ設計された目標の点に向けて吐出される。図７Ｂにおいては、目標の点を仮想的に記載したグリッドの交点によって示している。目標の点の間隔が解像度ピッチであり、図７Ｂでは、グリッドの交点の間隔が解像度のピッチである。解像度ピッチの具体例は、例えば、６００ｄｐｉで４２μｍである。インク滴の直径は、解像度ピッチよりも大きいため、被積層面上にインク滴が隙間なく埋め尽くされ、被積層面の上に新たな層が形成される。
【０１２１】
図７Ｃは、被積層面上に積層されるボクセルを模式的に示す図である。１つのボクセルは、解像度によって定まる幅Ｖｘ，Ｖｙを有するとともに、１層の厚さに等しい高さＶｚを有している。本実施の形態では、幅Ｖｘ＝幅Ｖｙである。本実施の形態で用いるＵＶインクでは、高さＶｚと幅Ｖｘ，Ｖｙとのアスペクト比は、１：２〜１：６である。以上、ボクセルと解像度について説明した。
【０１２２】
図８Ａ及び図８Ｂは、法線方向について説明するための図である。図８Ａは、ドーナッツ形状の造形物の断面を示す図である。法線方向は、造形物の表面の各部分に対して垂直な方向である。尚、図８Ａは便宜上２次元で表しているが、実際の法線ベクトルは３次元であるので、表面の場所によっては、図の奥行き方向に傾いたベクトルとなっている。また、造形物の外観形状がＳＴＬデータで規定される場合には、図８Ｂに示すように、構成要素である三角形の面に対して法線方向が規定される。
【０１２３】
次に、層とスライスデータについて説明する。層は、図７Ｂに示すように、インク滴を面方向に隙間なく吐出して形成される一定の厚さの面形状である。スライスデータは、造形物の形状、表面のカラー画像を構成する２次元面形状のデータである。１つのスライスデータで複数の層を形成してもよく、複数のスライスデータで１つの層を形成（元データから縮小の場合）してもよい。
【０１２４】
造形物の表面に多様な色を表現するには、２種類以上のインクの重なりがあることが望ましい。本実施の形態では、１つのスライスデータを構成するのは少なくとも２層である。複数のカラー色のヘッドを同一走査する場合は、１回の走査で２層が形成される。また１回の走査で１層を形成し、２回の走査で（２層からなる）１つのスライスデータを構成してもよい。
【０１２５】
複数の造形材用のインクジェットヘッドやサポート材用のインクジェットヘッドを持つヘッド部によって走査する場合、１つのスライスデータに基づき１回の走査で複数の層を形成することができる。なお、インクジェットヘッドのインク吐出量を多くすれば、１回の走査で、２層に等しい厚さの層を形成することも可能である。
【０１２６】
領域とは、造形物の一部分、または、造形物３１０の表面の法線方向に所定の厚さを有する３次元空間の部分である。３次元走査は、造形物を形成するために必要な、造形装置の走査機能であって、互いに直交する３方向の機械的或いは電気的な走査である。
【０１２７】
続いて、本実施の形態のカラー領域３１４について説明する。図９は、図６Ｂに示す造形物のスライス面を説明するための図であり、図６Ｂに示すスライス面を構成するインクの色及び種類を示している。図９に示すように、造形物３１０の断面は楕円形状であり、カラー領域３１４、分離領域３１３、光反射領域３１２、造形領域３１１の外縁も楕円形状である。なお、図９では、図１３Ｂで説明するサポート層３１５を省略している。
【０１２８】
カラー領域３１４には、表現したい色に応じて、「Ｃ（シアン）」「Ｍ（マゼンダ）」「Ｙ（イエロー）」「Ｋ（ブラック）」「Ｔ（透明）」のインクが配置されている。例えば、赤のグラデーションの部分では、当該部分の左側では「Ｍ」「Ｙ」が配置されており、右に向かうにしたがって、「Ｔ」が徐々に入り込んで来ている。これにより、左から右に行くにしたがって赤色が徐々に薄くなるグラデーションが表現されている。明るい緑色の部分では、「Ｃ」「Ｙ」「Ｔ」が配置されている。「黒」の部分では、「Ｋ」が配置されている。このようにカラー領域３１４は、表現したい色に応じて、どの位置に何色のインクを使うかを設計して、適切な色表現を行う。なお、カラー領域３１４のうちで「白」に見せたい部分には、「Ｔ」のインクが配置され、カラー領域３１４の内側にある光反射領域の「Ｗ（ホワイト）」が見えるようにされている。
【０１２９】
図９でのカラー領域３１４では、便宜上、造形物３１０の表面の接線方向にカラーデータを変化させて説明しているが、実際は３次元空間で変化するので、図１５Ｄのように造形物３１０の表面から内部へ向かう方向にもカラーデータの変化がある。更に、カラー色の表現は、カラー領域３１４の平面の中で、２次元のインクジェットプリンタと同様に、誤差拡散法やディザ法、ＦＭスクリーン法等による演算を行って、各インクの配置を決めている。
【０１３０】
なお、カラー色の表現は例えば２×２×２の８ボクセルを１つのセルとし、その中で異なる色のインクを配置しても可能であるが、セル内でしかインクを配置できないので少ない色数しか表現できない。具体的に８ボクセルで「Ｃ」「Ｍ」「Ｙ」３色で配置する組合せは４５色に制限される。一方で本実施の形態の誤差拡散法やディザ法、ＦＭスクリーン法はセルのような制限がないので、より多くの色数が表現できる。
【０１３１】
光反射領域３１２は、造形物３１０の表面の法線方向でカラー領域３１４のさらに内側にあって、「Ｗ」のインクが配置されて構成されている。光反射領域３１２は、外部から入射した可視光が確実に反射するように一定以上の厚さを有している。造形物の均一なカラー特性を得るためには、カラー領域３１４と同等に造形物３１０の表面の場所によらず法線方向に均一な厚さであることが好ましい。光反射領域３１２とカラー領域３１４との間には、「Ｔ」のインクで構成される分離領域３１３が設けられている。分離領域３１３は、光反射領域３１２とカラー領域３１４のインクが混ざり合ってカラーインクの色が失われないように両者を分離する役割を果たしている。分離領域３１３も、カラー領域３１４、光反射領域３１２と同様に法線方向に均一な厚さであることが好ましい。
【０１３２】
次に、カラー領域３１４の厚さについて説明する。カラー領域３１４は、表面の法線方向についてみると、一定の厚さを有しており、造形物３１０の全体において、一定の品質の色表現がなされる。カラー領域３１４の厚さは、法線方向についてみると、解像度ピッチの２倍以上の厚さを有している。したがって、造形物３１０の表面に対して入射されて、光反射領域１４で反射して出射される可視光は、必ず、２つ以上のボクセルを透過することになる。光が透過するボクセルを構成する色を適宜選択することにより、多様な色表現が可能になる。ここで、法線方向について解像度ピッチの２倍以上の厚さを有する構成について、詳しく説明する。
【０１３３】
なお、造形物３１０にはあらゆる方向からの光が入射するが、本書では、造形物３１０の表面に対して垂直に入射する可視光を想定して説明している。これは、造形物３１０の表面に対して垂直に入射したときが光反射領域３１２までの距離が最も短く、その分、反射光の強さが強いため、表面の色に対する寄与が大きいからである。
【０１３４】
図１０は、造形物の側面が垂直な部分を詳細に示す図であり、造形物を横方向（Ｘ方向）から見た図である。図１０に示すように、造形物３１０の側面からは積層面と平行な光が入射される。図１０に示す例では、カラー領域３１４が解像度ピッチの３倍の厚さを有しているので、カラー領域３１４には、法線方向に３個のボクセルが配置され、造形物３１０に入射した光は３個のボクセルを通過する。
【０１３５】
図１１は、造形物の上面の部分を詳細に示す図であり、造形物３１０を横方向（Ｘ方向）から見た図である。図１１に示すように、造形物３１０の上面からは積層面と垂直な光が入射される。図１１に示す例では、カラー領域３１４が解像度ピッチの３倍の厚さを有しており、ボクセルのアスペクト（縦横）比が１：４であるので、カラー領域３１４には、法線方向に１２個のボクセルが配置され、造形物３１０に入射した光は、１２個のボクセルを通過する。一般的に、カラー領域３１４の法線方向の厚さが解像度ピッチのＮ倍の厚さ（＝Ｎ個のボクセル）であると表現した場合、Ｎのとり得る値の範囲はアスペクト比の範囲となる。従って上記例では、図１０で解像度ピッチの３倍の厚さ（＝３個のボクセル）であるので、図１１ではアスペクト比でその４倍、つまり解像度ピッチの１２倍の厚さ（＝１２個のボクセル）となる。別な表現をすれば、解像度ピッチは３次元方向で異なるので、カラー領域３１４の法線方向の厚さ（寸法）を一定とすれば、一定の厚さ内での解像度ピッチの数が３次元方向で異なるのである。
【０１３６】
図１２は、造形物３１０の表面が斜面になっている部分を詳細に示す図であり、造形物３１０を横方向（Ｘ方向）から見た図である。図１２に示すように、造形物３１０の斜面からは、斜面に垂直な光が入射する。従って、図１２に示す例では、造形物に入射した光は図１０と図１１の中間的な範囲の、例えば８〜９個のボクセルを斜めに通過する。
【０１３７】
図１０〜図１２に示すように、カラー領域３１４の厚さが解像度ピッチの３倍である場合、造形物３１０に入射する少なくとも３個以上のボクセルを通過する。したがって、複数のボクセルの色を適宜選択することにより、減法混色による多彩な色を表現できる。一般的に、カラー領域３１４の厚さが解像度ピッチのｎ倍である場合、減法混色でカラーの階調を表現するにはｎ≧２であるのが良い。誤差拡散法やディザ法、ＦＭスクリーン法等の、平面の方向でのカラーインクの配置でより多くの階調を得るには、ｎの値は大きい方が良いが、大き過ぎるとカラー領域３１４の厚さＬｃが大きくなるので、解像度を低下させる。
【０１３８】
図１０〜図１２に示すように、カラー領域３１４の厚さ（法線）方向のボクセルの数は、造形物３１０の表面の角度によって変化するが、カラー領域３１４の厚さＬｃは角度によらず一定として変化させないので、同じ色が表面の角度によって異なることはない。すなわち、減法混色の各カラーインクが一定の厚さの中での混合比率が同じであれば、カラーの見え方はボクセルの数に依存せず、例えば、図１０の側面でシアン（Ｃ）２ボクセル、マゼンタ（Ｍ）１ボクセル、透明（Ｔ）３ボクセルで構成したものと、図１１の上面でシアン（Ｃ）８ボクセル、マゼンタ（Ｍ）４ボクセル、透明（Ｔ）１２ボクセルで構成したものの表面は同じ色に見えることになる。同様に光反射領域３１２の厚さＬｗ、分離領域の厚さＬｓも一定の厚さであることが、色ムラを少なくする点で好ましい。
【０１３９】
［造形装置の構成］
次に、上で説明した造形物を製造する造形装置３２０について説明する。図１３Ａは、本実施の形態の造形装置３２０の構成を示す図である。造形装置３２０は、設計データを生成する設計データ生成部３２１と、設計データに基づいてＵＶインクを積層して造形物３１０を生成する造形処理部３２２とを有している。設計データ生成部３２１は、製造すべき造形物３１０を撮影した外観のデータ等から、上記したような一定の厚さを持ったカラー領域３１４を有する造形物３１０を構成するために、各層のどの位置に何色のインクを配置するかのインク情報を求める機能を有している。設計データ生成部３２１の詳しい構成については後述する。
【０１４０】
図１３Ｂは、造形処理部３２２の構成を示す図である。造形処理部３２２は、ＵＶインクを吐出することで積層造形法により立体的な造形物３１０を造形する装置である。造形処理部３２２は、ヘッド部３２３、造形台３２４、走査駆動部３２５、及び制御部３２６を備える。
【０１４１】
ヘッド部３２３は、造形物３１０の材料となる液滴を吐出する部分であり、ＵＶインクを吐出して硬化させることにより、造形物３１０を構成する各層を重ねて形成する。ヘッド部３２３は、複数のインクジェットヘッド３３０と、紫外線光源３３１、平坦化ローラ３３２とを有する。
【０１４２】
また、ヘッド部３２３は、造形物３１０の周囲に、サポート層３１５を形成することができる。サポート層３１５とは、例えば、造形中の造形物３１０の外周を囲むことで造形物３１０を支持する積層構造物のことである。サポート層３１５は、造形物３１０の造形時において、必要に応じて形成され、造形の完了後に除去される。ヘッド部３２３のより具体的な構成については、後に詳しく説明する。
【０１４３】
造形台３２４は、造形中の造形物３１０を載置する台状部材であり、ヘッド部３２３におけるインクジェットヘッド３３０と対向する位置に配設される。また、造形台３２４は、少なくとも上面が積層方向について上下移動可能な構成を有しており、走査駆動部３２５によって駆動されることにより、造形物３１０の造形の進行に合わせて、少なくとも上面を移動させる。本例において、積層方向は、造形処理部３２２において予め設定される主走査方向（図中のＹ方向）及び副走査方向（図中のＸ方向）と直交する方向（図中のＺ方向）である。
【０１４４】
走査駆動部３２５は、ヘッド部３２３に対して、造形物３１０に対して相対的に移動する走査動作を行わせる駆動部である。走査駆動部３２５は、走査動作として、主走査動作（Ｙ走査）、副走査動作（Ｘ走査）、及び積層方向走査（Ｚ走査）をヘッド部３２３に行わせる。ここで、主走査動作とは、ヘッド部３２３を主走査方向（Ｙ方向）へ移動しつつ、ヘッド部３２３からインクを吐出する動作である。また、主走査動作時に、走査駆動部３２５は、ヘッド部３２３における紫外線光源３３１の駆動を更に行う。具体的には、走査駆動部３２５は、主走査動作時に紫外線光源３３１を点灯させることにより、造形物３１０の被積層面に着弾したインクを硬化させる。造形物３１０の被積層面とは、例えば、ヘッド部３２３により次のインクの層が形成される面のことである。
【０１４５】
副走査動作とは、副走査方向（Ｘ方向）に、ヘッド部３２３を、造形台３２４に対して相対的に移動する動作である。副走査動作は、予め設定された送り量だけ、ヘッド部３２３を副走査方向へ造形台３２４に対して相対的に移動する動作であってよい。走査駆動部３２５は、例えば、主走査動作の合間に、副走査方向におけるヘッド部３２３の位置を固定して、造形台３２４を移動させることにより、ヘッド部３２３に副走査動作を行わせる。
【０１４６】
積層方向走査とは、積層方向（Ｚ方向）に、ヘッド部３２３を造形台３２４に対して相対的に移動する動作である。走査駆動部３２５は、例えば、積層方向へヘッド部３２３又は造形台３２４の少なくとも一方を移動させることにより、ヘッド部３２３に積層方向走査を行わせる。本例では、走査駆動部３２５は、例えば、積層方向におけるヘッド部３２３の位置を固定して、造形台３２４を移動させる。これにより、ヘッド部３２３におけるインクジェットヘッド３３０と造形台３２４との間の距離を変化させる。この距離は、インクジェットヘッド３３０においてノズルが形成されているノズル面と、造形台３２４の上面との間の距離であってよい。
【０１４７】
制御部３２６は、例えば造形処理部３２２のＣＰＵであり、造形処理部３２２の各部を制御することにより、造形物３１０の造形の動作を制御する。なお、造形処理部３２２のＣＰＵは、設計データ生成部３２１のＣＰＵと兼用であってもよい。制御部３２６は、設計データ生成部３２１にて生成された設計データに基づいて造形処理部３２２の各部を制御する。これにより、造形処理部３２２は、造形に用いる材料を積層方向へ重ね、積層造形法で造形物３１０を造形する。
【０１４８】
図１３Ｃは、ヘッド部３２３の詳細な構成の一例を示す。本例において、ヘッド部３２３は、複数のインクジェットヘッド３３０、複数の紫外線光源３３１、及び平坦化ローラ３３２を有する。また、複数のインクジェットヘッド３３０として、図中に示すように、インクジェットヘッド３３０ｓ、インクジェットヘッド３３０ｗ、インクジェットヘッド３３０ｙ、インクジェットヘッド３３０ｍ、インクジェットヘッド３３０ｃ、インクジェットヘッド３３０ｋ、及びインクジェットヘッド３３０ｔ（以下、これらのインクジェットヘッドを総称して、「インクジェットヘッド３３０ｓ〜３３０ｔ」と記載する）を有する。
【０１４９】
インクジェットヘッド３３０ｓ〜３３０ｔのそれぞれは、ＵＶインクを吐出するインクジェットヘッドであり、副走査方向における位置を揃えて、主走査方向へ並んで配設されている。また、インクジェットヘッド３３０ｓ〜３３０ｔのそれぞれは、造形台３２４と対向する面に、複数のノズルが副走査方向へ並ぶノズル列を有する。これにより、インクジェットヘッド３３０ｓ〜３３０ｔのそれぞれは、造形台３２４へ向かう方向へインクを吐出する。
【０１５０】
インクジェットヘッド３３０ｓは、サポート層３１５の材料となるインクを吐出するインクジェットヘッドである。サポート層３１５の材料としては、造形物３１０の造形後に水で溶解可能な水溶性の材料を好適に用いることができる。
【０１５１】
インクジェットヘッド３３０ｗは、白色（Ｗ）のインクを吐出するインクジェットヘッドである。白色のインクは、例えば、造形物３１０において光反射性の領域を形成する場合に使用される。インクジェットヘッド３３０ｙ、インクジェットヘッド３３０ｍ、インクジェットヘッド３３０ｃ、及びインクジェットヘッド３３０ｋ（以下、これらのインクジェットヘッドを総称して「インクジェットヘッド３３０ｙ〜３３０ｋ」と記載する）のそれぞれは、造形物３１０の着色用の材料を吐出する着色用ヘッドの一例であり、互いに異なる色の着色用のインクを吐出する。この場合、着色用のインクは、着色された造形物３１０を造形する場合に造形物３１０の着色に用いる着色用の材料の一例である。着色用のインクは、カラー表現（例えばフルカラー表現）に用いるプロセスカラーの各色のインクである。本例において、インクジェットヘッド３３０ｙ〜３３０ｋのそれぞれは、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色のＵＶインクを吐出する。
【０１５２】
インクジェットヘッド３３０ｔは、クリアインクを吐出するインクジェットヘッドである。この場合、クリアインクとは、例えば、無色の透明色（Ｔ）であるクリア色のインクのことである。
【０１５３】
なお、インクジェットヘッド３３０ｓ〜３３０ｔの並び方や、ヘッド部３２３が有するインクジェットヘッドの種類等については、図示した構成に限らず、様々に変更してもよい。一部のインクジェットヘッドについて、他のインクジェットヘッドと副走査方向における位置をずらして配設してもよい。また、ヘッド部３２３は、各色の淡色や、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）やオレンジ等の色用のインクジェットヘッド等をさらに有してもよい。
【０１５４】
複数の紫外線光源３３１は、ＵＶインクを硬化させる紫外線を発生する。紫外線光源３３１としては、ＵＶＬＥＤ（紫外ＬＥＤ）等を好適に用いることができる。また、紫外線光源３３１として、メタルハライドランプや水銀ランプ等を用いることも考えられる。また、本例において、複数の紫外線光源３３１のそれぞれは、間にインクジェットヘッド３３０ｓ〜３３０ｔを挟むように、ヘッド部３２３における主走査方向の一端側及び他端側のそれぞれに配設される。
【０１５５】
平坦化ローラ３３２は、造形物３１０の造形中に形成されるインクの層を平坦化するための構成である。本例において、平坦化ローラ３３２は、インクジェットヘッド３３０と、紫外線光源３３１との間に配設される。平坦化ローラ３３２は、例えば主走査動作時に、インクの層の表面と接触して、硬化前のインクの一部を除去することにより、インクの層を平坦化するとともに１層の厚さを形成する。
【０１５６】
図１４は、本実施の形態の造形装置３２０にて、造形物３１０を造形する動作を示す図である。ステップＳ３１０〜ステップＳ３１３までが設計データ生成部３２１の動作であり、ステップ１４が造形処理部３２２の動作である。図１４を参照して造形装置３２０の動作について説明すると共に、設計データ生成部３２１の機能についても説明する。
【０１５７】
造形装置３２０の設計データ生成部３２１は、まず、製造すべき造形物の外観を撮影した画像データ等から、カラーテクスチャの造形物の表面に対して垂直な方向のベクトル（面法線ベクトル）を求める（Ｓ３１０）。図１５Ａ〜図１５Ｄは、図１４に示す動作により生成される設計データの例を示す図である。図１５Ａは、カラーテクスチャを有する造形物の表面において法線ベクトルを求めた例を示す図である。
【０１５８】
次に、設計データ生成部３２１は、造形物表面のカラーデータを法線方向にコピーして、一定の厚さを持ったカラー領域３１４を設計する。また、設計データ生成部３２１は、カラー領域３１４の内側に分離領域３１３および光反射領域３１２を生成する（Ｓ３１１）。図１５Ｂは、カラー領域３１４、分離領域３１３、光反射領域３１２を設計した状態を示す図である。
【０１５９】
なお、カラー領域３１４の厚さを一定にするとは、一部の例外的な位置を除いてカラー領域３１４の厚さを一定にすることであってよい。造形しようとする造形物の形状によっては、カラー領域３１４の一部について、許容範囲外の厚さにすることも考えられる。例えば、図１５Ｂに示すように、下面と側面とが交差する形状の造形物を造形する場合、下面と側面とが交差する領域の近傍について、法線方向におけるカラー領域３１４の厚さが一定の厚さから外れることを許容する。
【０１６０】
続いて、設計データ生成部３２１は、造形物３１０をスライス単位に分割して、スライスデータを生成する（Ｓ３１２）。図１５Ｃ及び図１５Ｄは、カラー領域３１４等が規定された造形物をスライス単位に分割してスライスデータを得たところを示す図である。スライスデータは、各スライスにおいて、どの部分がカラー領域３１４でどの部分が光反射領域３１２であるかを規定しているとともに、カラー領域３１４については、どの部分を何色にすればよいかを規定している。
【０１６１】
設計データ生成部３２１は、各スライスについて、２次元の誤差拡散法等を用いて、スライスのカラー領域３１４のデータをプリンタのカラーインク情報に変換し、また分離領域３１３、光反射領域３１２、造形領域３１１、図示せぬサポート層３１５を各々のインク情報に変換する（Ｓ３１３）。一つの層のインク情報の例は、図９を用いて説明したとおりである。
【０１６２】
次に、造形処理部３２２は、設計データ生成部３２１にて生成されたインク情報に基づいて、インクジェットヘッド３３０から造形材料であるＵＶインクを吐出して積層する処理を繰り返し行い、造形物を製造する（Ｓ３１４）。以上、本発明の実施の形態の造形物３１０、造形方法、及び造形装置３２０について説明した。
【０１６３】
（実施の形態の効果）
（１）本実施の形態の造形方法は、造形物を造形する方法であって、造形物３１０の表面から内部にかけて、表面の法線方向に一定の厚さを有するカラー領域３１４を有する造形物３１０の設計データを生成するステップ（Ｓ３１０〜Ｓ３１３）と、設計データに基づいて、ＵＶインクを積層して造形物を生成するステップＳ３１４とを備え、カラー領域３１４の法線方向の厚さは、解像度ピッチの２倍〜４倍である。
【０１６４】
このようにカラー領域３１４の厚さを一定とすることにより、減法混色の原理により表現される色の品質を一定にすることができる。また、法線方向の厚さが解像度ピッチの２倍以上の厚さを有することにより、法線方向に２種類以上の色を重ねることができる。従来は、カラー層の厚さは、多少の着弾ずれが生じても内部の造形領域等が見えないような範囲で考えられており、本実施の形態のように、減法混色の表現力を高めるという観点に立って、解像度ピッチを基準に決めるという思想は存在しなかった。本実施の形態の構成により、多様な色を表現した造形物を造形することができる。
【０１６５】
（２）本実施の形態の造形方法において、カラー領域３１４の法線方向の厚さは５０μｍ以上、６００μｍ以下であってもよい。なお、この数値範囲は、厚さが解像度ピッチの２倍以上という条件を満たした上での数値範囲である。複数色を重ねて多様な色を表現するために５０μｍ以上であることが望ましく、カラー領域３１４の光透過率を確保するために６００μｍ以下であることが望ましい。
【０１６６】
（３）本実施の形態の造形方法は、インクジェットヘッド３３０から、少なくともカラーインクを含む複数種類のインクを吐出し、吐出後にインクを硬化して造形してもよい。
【０１６７】
（４）本実施の形態の造形方法は、インクジェットヘッド３３０はＵＶインクを吐出し、吐出後に光照射によって硬化して造形してもよい。この構成により、吐出前のＵＶインクの硬化を抑制しつつ、ＵＶインク吐出後に硬化させることができる。
【０１６８】
（５）本実施の形態の造形方法は、インクジェットヘッド３３０はＵＶインクに代えて、熱可塑性インクを高温にして低粘度で吐出し、吐出後に常温になることで硬化して造形してもよい。この構成により、紫外線光源３３１を用いないで積層を行うことができる。
【０１６９】
（６）本実施の形態の造形方法は、設計データを生成するステップＳ３１１において、造形物の内部にあって、カラー領域３１４を透過した光を反射する法線方向に一定以上の厚さを持った光反射領域３１２を有する設計データを生成してもよい。このように光反射領域３１２が一定以上の厚さを有することにより、造形物３１０の外部から入射した光の反射率を高めることができる。
【０１７０】
（７）本実施の形態の造形方法は、設計データを生成するステップにおいて、造形物３１０のカラー領域３１４と光反射領域３１２の間に、カラー領域３１４に沿って一定の厚さを持った分離領域３１３を有する設計データを生成してもよい。このようにカラー領域３１４と光反射領域３１２との間に分離領域３１３を有することにより、カラー領域３１４と光反射領域３１２とが混ざり合うことを防止できる。
【０１７１】
（８）本実施の形態の造形方法において、造形物を生成するステップＳ３１４において用いられる造形材料は、被積層面に着弾するボクセルの積層方向（Ｚ方向）寸法と面走査方向（Ｘ方向またはＹ方向）寸法との比が１：２以上となるような造形材料であってもよい。
【０１７２】
（９）本実施の形態の造形方法は、設計データを生成するステップＳ３１３において、カラー領域３１４は、積層面の面走査方向への誤差拡散法、ディザ法、ＦＭスクリーン法等により各カラー色の中間調を形成してもよい。この構成により、並置混色による適切な色表現を行える。
【０１７３】
（１０）本実施の形態の造形方法は、設計データを生成するステップＳ３１３において、積層された層の隣り合う層間で、誤差拡散法、もしくはディザ法のマスクパターンを移動、もしくは変更してもよい。
【０１７４】
（１１）本実施の形態の造形方法において、造形物３１０を生成するステップＳ３１４に代えて、被積層面に敷き詰めた粉体の造形材料に対して、粉体を結合するための結着液をインクジェット法を用いて吐出することによって積層してもよい。本実施の形態は、造形材料を吐出する構成に限らず、造形材料を結合する結着液を吐出する構成にも適用できる。その場合は、本方式のインクの色を結着液の色とすればよい。
【０１７５】
（１２）本実施の形態の造形方法において、設計データを生成するステップＳ３１０〜Ｓ３１３は、造形物３１０の形状がＳＴＬフォーマットによって規定される場合、三角形ポリゴンの面に対して垂直な方向を法線方向としてカラー領域３１４を規定してもよい。この構成により、ＳＴＬデータを利用して法線方向を規定できる。
【０１７６】
（１３）本実施の形態の造形物３１０は、造形物３１０の表面から内部にかけて、表面の法線方向に、解像度ピッチの２倍〜４倍の厚さを有するカラー領域３１４と、カラー領域３１４の内側に一定以上の厚さを有する光反射領域３１２とを有する。この構成により、造形物３１０の色の品質を一定にすることができると共に、多様な色を表現することができる。
【０１７７】
（１４）本実施の形態の造形物は、造形物３１０のカラー領域３１４と光反射領域３１２の間に、カラー領域３１４に沿って一定の厚さを持った分離領域３１３を有してもよい。この構成により、カラー領域３１４と光反射領域３１２とが混ざり合うことを防止できる。
【０１７８】
（１５）本実施の形態の造形装置３２０は、造形物３１０を造形する造形装置３２０であって、造形物３１０の表面から内部にかけて、表面の法線方向に一定の厚さを有するカラー領域３１４を有する造形物３１０の設計データを生成する設計データ生成部３２１と、設計データに基づいて造形材料を吐出して積層し、造形物３１０を生成する造形処理部３２２とを備え、カラー領域３１４の法線方向の厚さは、解像度ピッチの２倍〜４倍である。
【０１７９】
このようにカラー領域３１４の厚さを一定とすることにより、減法混色の原理により表現される色の品質が一定の造形物３１０を造形できる。また、法線方向の厚さが解像度ピッチの２倍以上の厚さを有することにより、法線方向に２種類以上の色を重ねることができ、多様な色を表現した造形物３１０を造形できる。
【０１８０】
（１６）本実施の形態の造形装置３２０において、設計データ生成部３２１は、造形物３１０の内部にあって、カラー領域３１４を透過した光を反射する一定以上の厚さを持った光反射領域３１２を有する設計データを生成してもよい。この構成により、造形物３１０の外部から入射した光の反射率を高めた造形物３１０を造形することができる。
【０１８１】
（１７）本実施の形態の造形装置３２０において、設計データ生成部３２１は、造形物３１０のカラー領域３１４と光反射領域３１２の間に、カラー領域３１４に沿って一定の厚さを持った分離領域３１３を有する設計データを生成してもよい。この構成により、カラー領域３１４と光反射領域３１２とが混ざり合うことを防止した造形物３１０を造形できる。
【０１８２】
（１８）本実施の形態の造形装置３２０において、造形処理部３２２は、被積層面に着弾するボクセルの積層方向寸法と面走査方向寸法との比が１：２以上となるような造形材料を吐出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１８３】
本発明は、多様な色を一定の品質で表現することができ、積層方式で造形を行う造形方法等として有用である。【０１８４】
本発明は、造形装置に好適に利用できる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
2017204094.tif 000033
【国際調査報告】
2017204094.tif 000034
2017204094.tif 000035
2017204094.tif 000036
2017204094.tif 000037