(57)【要約】【課題】複数のツールを使用せずに、異なる材料を採用したデザインのプリントを行うことができるＡＭプリンタシステムを提供する。【解決手段】それぞれ個別のカプセルに収容された複数の材料を使用して、ＡＭ法により製品をプリントする３Ｄプリンタシステムである。カプセルは、材料の温度を調節するための加熱装置を備えるとともに複数のステーションの１つに解除可能に保持された個別のカプセルホルダに着脱可能に挿入される。ツールは、ステーションから個々のカプセルを取り出し、かつステーションに配置し、伸縮式押出機構を用いた製品のプリントを行うために保持する。メモリはカプセル識別データを格納し、プロセッサはツールの位置決めを行うための位置座標を提供し、コントローラはツールを位置座標に移動する。カプセルホルダは、プロセッサが実行するアルゴリズムに基づいて、材料のレオロジー挙動を制御する加熱システムを備えている。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の指示によって規定された処理において複数の材料を用いて製品のプリントを行う積層造形プリンタシステムであって、
それぞれの材料は、対応するカプセルに収容されるとともに、複数のパラメータと、それらに関連付けられたレオロジー特性とを有し、
それらのパラメータが、プリンタシステムが関連する材料をどのように処理するかを規定するプリンタシステムにおいて、
材料を収容しているカプセルがその中に着脱可能に挿入されるようにそれぞれ構成されており、食材及び指示に関連付けられたパラメータ及び特性に基づいて、カプセルホルダに挿入されたカプセルに収容されている材料の温度を調節する加熱装置を備えた複数のカプセルホルダと、
カプセルホルダの１つを解放可能に保持する手段をそれぞれ有する複数のステーションと、そのステーションがカプセルの１つによって占有されているか否かを検出するセンサとを備えたリポジトリと、
Ｘ‐Ｙ平面において異なる位置座標へ移動可能であって、ステーションの１つから取り出されたカプセルホルダの１つを解放可能に保持する手段と、カプセルホルダに保持されたカプセルから材料の押出しを行うアクチュエータとを備えたツールと、
ステーションの１つとツールとの間でのカプセルホルダの１つの交換を行う交換機構と、
ツールの移動及び動作を制御するコントローラと、
ツールを移動するための位置座標、ステーションとツールとの間でカプセルホルダを交換するための命令、加熱装置の調節、及びアクチュエータの動作をコントローラに提供するプロセッサと、
コントローラによって集められたデータ及びそれぞれの材料に関連付けられたパラメータを格納するデータストレージと、を具備することを特徴とする積層造形プリンタシステム。
【請求項２】
それぞれのカプセルホルダが、カプセル内でターゲット温度を安定させるように、プロセッサによって制御可能であるカプセル加熱システムを備える請求項１に記載のプリンタシステム。
【請求項３】
それぞれのカプセル加熱システムが、エネルギーを熱エネルギー以外の形態から熱エネルギーへと変換する変換器と、その熱エネルギーをカプセルホルダに挿入されたカプセルに伝導するように配置された導電層と、カプセルホルダからの熱エネルギーの漏出を防止するように配置された絶縁層と、熱センサと、カプセルホルダがツールに保持されたときは熱センサ及び変換器をツールに解除可能に接続するとともに、カプセルホルダがステーションに保持されたときには熱センサ及び変換器をステーションの１つに解除可能に接続するコネクタと、を備える請求項２に記載のプリンタシステム。
【請求項４】
請求項１に記載の積層造形プリンタシステムを使用して製品のプリントを行う方法であって、
プリントされる製品に対する一連の指示を特定するユーザに応じて、製品のプリントに関連する情報をデータストレージに格納するステップと、
それぞれのカプセルに収容された材料を特定し、それぞれのカプセルを個別のステーションに関連付け、製品の全ての材料がステーションにおいて利用可能か否かを判定するためにプロセッサを用いるステップと、
製品で使用されるそれぞれのカプセルを安定したターゲット温度に加熱するようにコントローラに命令を送るためにプロセッサを用いるステップと、、
ツールがカプセルとそれらの個別のカプセルホルダとをリポジトリから取り出し、カプセルとそれらの個別のカプセルホルダとをリポジトリに戻し、一連の指示によって決定された順序で、材料をカプセルから押し出すようにプロセッサからコントローラへ命令を送るステップと、を備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層造形（「ＡＭ」）３Ｄプリンタで使用されるカプセル交換器の開発とその使用法に関する。より詳細には、本発明は、ＡＭ ３Ｄプリンタを用いたプリント処理において使用されるカプセルを選択、採取及び交換するシステム及び方法に関する。この選択は、プリントされるユーザのデザインに応じて、人の介入なしに自動で行われる。
【０００２】
更に、本発明は、ＡＭ ３Ｄプリンタで使用されるカプセル加熱システムの開発とその使用法に関する。より詳細には、本発明は、カプセルを決められた温度まで加熱し、その温度をＡＭ ３Ｄプリント処理を通して維持するシステム及び方法に関する。この加熱処理と適用温度は、前回の温度、容器の構成、カプセルの内容物（材料）、必要な加熱速度を考慮したアルゴリズムによって決まる。
【０００３】
また更に、本発明は、ＡＭ ３Ｄプリンタで使用される伸縮式押出機構の開発とその使用法に関する。より詳細には、本発明は、ＡＭ ３Ｄプリンタを用いたプリント処理において使用される材料を押し出すシステム及び方法に関する。この押出処理は、プリントされるユーザのデザインに応じて、人の介入なしに自動で行われる。
【背景技術】
【０００４】
ａ．カプセル交換器
３Ｄプリンタは、異なる材料の交換に人を介入させることなく、それらの材料を用いてプリントを行うことができるが、この機能は、通常、幾つかのツール（１つの材料につき１つ）を同時に用いることで実現される。そのため、不要かつ余分なモータ、重量、スペースが、タスクの達成に必要となってしまう。２つ以上のツールを使って２つ以上の材料を使用することができる既存の３Ｄプリンタの例としては、いずれもコミュニティが活発なオープンソース・プロジェクトであるfab@home (http://fabathome.org)やreprap (http://www.reprap.org)に掲載のものが挙げられる。
【０００５】
Kemplinらによる特許文献１には、自動ペン交換機構を備えたプロッターが開示されている。しかし、Kemplinらのプロッターにおけるペンは、３Ｄプリント、とりわけ食品の３Ｄプリントに使用されるカートリッジの種類とは実質的に異なるものである。このため、Kemplinらの自動ペン交換機構は、３Ｄプリントでの使用に容易に適用できるものではない。
【０００６】
ｂ．カプセルヒーター
３Ｄプリンタは、プリント材料（通常、プリンタでは１つだけの材料しか使用されない）を融点まで加熱することでプリント処理を完了することができるが、食品を使用した作業には異なる食材のレオロジー挙動の微調整が必要となるため、適切な加熱処理を行い各食材に必要な加熱温度を得るためには、より複雑なシステムを実装する必要がある。材料を融点まで加熱する既存の３Ｄプリンタの例としては、いずれもコミュニティが活発なオープンソース・プロジェクトであるfab@home (http://fabathome.org)やreprap (http://www.reprap.org)に掲載のものが挙げられる。
【０００７】
ｃ．押出機構
３Ｄプリンタは、異なる材料を用いてプリントを行うことができるが、通常この機能は使用するプリント材料やプリンタの目的に合わせて異なる方法を用いることで実現される。異なる押出機構によるＡＭ（積層造形）法を用いた既存の３Ｄプリンタの例としては、いずれもコミュニティが活発なオープンソース・プロジェクトであるfab@home (http://fabathome.org)やreprap (http://www.reprap.org)に掲載のものが挙げられる。
【０００８】
ｄ．食品のプリントにおける３Ｄプリンタの使用
ある種の食事に対する需要については、分野によってはほとんど満たされていない。例えば、完全菜食や菜食主義の食事を好む、あるいは求める人がその完全菜食者や菜食主義者用の食事を得る手段が、彼らの住む地域にない場合がある。また、ある食材への不耐性を含む特定の病気や疾患を持つ人が、その食事の用意に特に注意が必要となる場合がある。３Ｄプリンタはこれまで、幾つかの理由によって、このような需要を満たせていない。
【０００９】
伝統的に料理は、複数の食材を使用し、それらの食材を準備するために一連のプロセスを伴う。３Ｄプリンタは、ＡＭ技術を使った食品のプリントにうまく使用されてきたが、自動処理に使用可能なもの、又は３つ以上の材料を同時に使用可能なものは１つもない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４、１３５、２４５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、複数のツールを使用せずに、異なる材料を採用したデザインのプリントを行うことができるＡＭプリンタシステムを提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、複数の材料、例えば、食品の食材からプリントされるデザインの各材料に対して、加熱処理を適切に行い、必要な加熱温度を得ることが可能なＡＭプリンタシステムを提供することにある。
【００１３】
本発明の更に他の目的は、異なる材料のパラメータに従って調整される処理により、それらの異なる材料を用いてプリントを行うことができるＡＭプリンタシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明におけるこれらの目的及び他の目的は、ＡＭ法を用いて一連の指示によって規定された処理において複数の材料を用いて製品のプリントを行う３Ｄプリンタシステムであって、材料は、それぞれのカプセルに収容され、複数のパラメータとそれに関連付けられたレオロジー特性を有し、パラメータによって、プリンタシステムが関連付けられた材料をどのように処理するかが規定されるプリンタシステムによって達成される。このプリンタシステムは、複数のカプセルホルダを有し、それぞれのカプセルホルダは、材料を収容するカプセルがその中に着脱可能に挿入されるよう構成され、材料と指示に関連付けられたパラメータと特性に基づき、カプセルホルダに挿入されたカプセルに収容された材料の温度を調節する加熱装置を備える。
【００１５】
このプリンタシステムは、カプセルの取出し、保持、配置を行うことが可能なツールと、カプセルホルダの１つを解放可能に保持する手段をそれぞれ有する複数のステーションと、ステーションがカプセルの１つによって占有されているか否かを検出するセンサとを備えるカプセルリポジトリとを更に備える。このツールを位置座標へ移動することによって、ツールは、カプセルホルダとそのカプセルを未占有のステーションに配置し、ユーザによって供給されるデータ又はシステムによって供給されるデータに対応するステーションからカプセルを取り出す。カプセル交換操作も行うために、ツールを駆動するモータ（すなわち、通常、ツールを位置座標へ移動するモータ）を利用する自動カプセル／材料交換装置が提供される。これにより、同様の処理において異なる材料を使用するための余分なモータやスペースが不要となる。
【００１６】
このカプセル交換作業（取出し及び配置）は、もっぱらツールを前述の座標へ移動することによって行われる。
【００１７】
また、このプリンタシステムは、ユーザによって供給される及び／又は自動で供給されるカプセル識別データを格納するメモリと、未使用のステーションとエンドユーザによって供給されるデータ又はシステムによって供給されるデータによって識別されるステーションとに対応する位置座標を提供するプロセッサと、ツールを位置座標へ移動するコントローラとを更に備える。
【００１８】
本発明に係る装置によって、加熱温度、加熱曲線、カプセル構成への適応、カプセルの中身（食材）などのパラメータの制御が可能となる。このため、本発明によれば、各カプセルホルダに自動カプセル加熱システムが提供される。この各カプセルホルダの自動カプセル加熱システムには、導電層、絶縁層、熱センサ、変換器が備えられている。ＡＭプリンタシステムは、これらのセンサや変換器と、コントローラによって集められたカプセル構成とカプセル内容（食材）に関する情報とを利用することによって、食材のレオロジー挙動を制御し、よりスムーズなプリント処理を行うことができる。
【００１９】
この加熱処理や加熱温度は、プロセッサがカプセル構成、カプセル内の材料、ユーザ選択を考慮したアルゴリズムを用いることで決定し、プリント処理中にエンドユーザインターフェースを介して変更することが可能である。
【００２０】
押出を適切に行うため、ツールには、カプセル加熱システムと共に動作して、エンドユーザが選択したデザインを実行する、モータで動く伸縮式押出機構を備えている。この伸縮式押出装置によって、プリンタシステムを大型化する必要なく、利用可能な上下方向のプリントスペースを拡大する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のプリンタシステムによれば、上述した目的を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】本発明に係る３Ｄプリンタシステムの主要な構成を示す上面図である。
【図１Ｂ】図１に示す３Ｄプリンタシステムの構成を示す斜視図である。
【図２Ａ】図１の３Ｄプリンタシステムの作動要素を示すブロック図である。
【図２Ｂ】図１の３Ｄプリンタシステムの作動要素を示すブロック図である。
【図２Ｃ】図１の３Ｄプリンタシステムの作動要素を示すブロック図である。
【図３Ａ】図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｄの３Ｄプリンタシステムのツールとステーションを示す斜視図であり、ツールによってカプセルがステーションの１つから取り出される前の状態を示す。
【図３Ｂ】図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｄの３Ｄプリンタシステムのツールとステーションを示す斜視図であり、ツールによってカプセルがステーションの１つから取り出された後の状態を示す。
【図４Ａ】係合機構が第１位置にある図３Ａのツールを示す部分斜視図である。
【図４Ｂ】係合機構が第２位置にある図３Ｂのツールを示す部分斜視図である。
【図４Ｃ】カプセルがその係合機構によって係合された状態の図４Ｂに示すツールを示す部分斜視図である。
【図５Ａ】図３Ａのツールがカプセル取出作業を行う際の移動パターンを示すグラフである。
【図５Ｂ】図３Ｂのツールがカプセル配置作業を行う際の移動パターンを示すグラフである。
【図６Ａ】ステーションからカプセルを取り出す際における、図３Ａ及び図３Ｂのステーションを有するツールの係合を示す概略図である。
【図６Ｂ】ステーションからカプセルを取り出す際における、図３Ａ及び図３Ｂのステーションを有するツールの係合を示す概略図である。
【図６Ｃ】ステーションからカプセルを取り出す際における、図３Ａ及び図３Ｂのステーションを有するツールの係合を示す概略図である。
【図６Ｄ】ステーションからカプセルを取り出す際における、図３Ａ及び図３Ｂのステーションを有するツールの係合を示す概略図である。
【図７Ａ】カプセルをステーションに配置する際における、図３Ａ及び図３Ｂに示すステーションを有するツールの係合を示す概略図である。
【図７Ｂ】カプセルをステーションに配置する際における、図３Ａ及び図３Ｂに示すステーションを有するツールの係合を示す概略図である。
【図７Ｃ】カプセルをステーションに配置する際における、図３Ａ及び図３Ｂに示すステーションを有するツールの係合を示す概略図である。
【図７Ｄ】カプセルをステーションに配置する際における、図３Ａ及び図３Ｂに示すステーションを有するツールの係合を示す概略図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂの配置を示す図である。
【図８Ａ】ツールが移動する先の位置座標を生成するために、メモリに格納されて図２の３Ｄプリンタシステムのプロセッサによって実行されるコンピュータプログラム命令により実行されるルーティンを示す論理フロー図の一部分である。
【図８Ｂ】ツールが移動する先の位置座標を生成するために、メモリに格納されて図２の３Ｄプリンタシステムのプロセッサによって実行されるコンピュータプログラム命令により実行されるルーティンを示す論理フロー図の他の部分である
【図９Ａ】カプセルホルダとその加熱システムの構成を示す分解図である。
【図９Ｂ】図１Ａに示す３Ｄプリンタシステムのカプセルホルダを示す斜視図である。
【図９Ｃ】図１Ｂに示す３Ｄプリンタシステムのカプセルホルダを示す側面図である。
【図１０】典型的な加熱処理における異なる要素の温度の進展を示す図である。
【図１１】図２の３Ｄプリンタシステムに格納された、加熱処理を発生させるためのルーティンを示す論理フロー図である。
【図１２Ａ】図１に示すツールと押出機構が安静位置にある状態を示す拡大図である。
【図１２Ｂ】図１に示すツールと押出機構が中間伸長位置にある状態を示す拡大図である。
【図１２Ｃ】図１に示すツールと押出機構が完全伸長位置にある状態を示す拡大図である。
【図１３】図２の３Ｄプリンタシステムに格納された、ツールによって押出処理を実施するためのルーティンを示す論理フロー図である。
【図１４】３Ｄプリンタシステムのカプセル識別システムを示す概略図である。
【図１５】カプセルホルダと、その加熱システムの構成要素を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図に示す本発明の好適な実施形態の説明において、説明を明確にするために特定の用語が使用される。しかしながら、本発明は、そのように選択された特定の用語に限定されるものではなく、各特定の要素には、同様の目的を達成するために同様の方法で動作する全ての技術的な等価物が含まれることを理解されたい。
【００２４】
以下において、本発明の一実施形態に係る方法、装置（システム）、コンピュータプログラム製品を示すフロー図を参照しながら本発明の一部を説明する。なお、フロー図に示す各ブロックやその組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実施され得ることを理解されたい。これらのコンピュータプログラム命令は、機械を製造する汎用コンピュータ、特殊用途コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに与えられ、コンピュータやその他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行される命令によって、フロー図の１つ又は複数のブロックに指定される機能を実施するための手段が作成される。
【００２５】
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータやその他のプログラム可能データ処理装置をある特有の方法で機能するようにするコンピュータ可読メモリに格納され、このコンピュータ可読メモリに格納された命令によって、フロー図の１つ又は複数のブロックに指定される機能を実施する命令手段を含む製品が製造される。
【００２６】
また、コンピュータプログラム命令は、コンピュータやその他のプログラム可能データ処理装置にロードされることによって、コンピュータやその他のプログラム可能装置上で一連の動作工程が行われ、コンピュータやその他のプログラム可能装置上で実行される命令によって、フロー図の１つ又は複数のブロックに指定される機能を実施するための工程を行うコンピュータ実施処理が生成される。
【００２７】
プログラム可能データ処理装置には、情報をやり取りするためのバス、バスに接続されて情報を処理するプロセッサ、バスに接続されて情報やプロセッサが実行する命令を格納するランダムアクセスメモリなどの典型的な構成要素が含まれる。ランダムアクセスメモリは、プロセッサによる命令実行中にテンポラリ変数やその他の中間情報を格納したり、バスに接続されて静的情報やプロセッサへの命令を格納する読取専用メモリや、バスに接続されて情報や命令を格納するデータ記憶装置として使用されてもよい。また、このシステムは、ユーザに情報を表示するＬＣＤモニタ又はパネルなどの表示装置にバスを介して接続される。プログラム可能データ処理装置には、更に、キーボードやカーソル制御部、又はキーパッドが含まれる。
【００２８】
本発明は、図示のユーザインターフェースや本明細書に記載のユーザインターフェースの順序に限定されないことを理解されたい。さまざまな種類や形式のユーザインターフェースも本発明によれば制限なく使用可能である。
【００２９】
本明細書では、以下の定義が用いられる。
【００３０】
「コントローラ」：３Ｄプリンタシステムモジュールと通信し、ユーザが選ぶデザインの作成に必要な命令の調整と実行を行う３Ｄプリンタシステムの一部。コントローラは、モータ、センサ、変換器の制御を行い、各モジュールから情報を取り戻す。
【００３１】
「コントロールパネル」：ユーザインターフェース装置として機能し、コントローラや３Ｄプリンタシステムモジュールの一部と通信して、エンドユーザへのスムーズなユーザエクスペリエンスを実現する３Ｄプリンタシステムの一部又は外部装置。コントロールパネルは、また、インターネットやスマートフォン、タブレットなどのモバイル機器ともやり取りを行う。
【００３２】
「ツール」：ツールとは、異なる層の配置を担当する要素であり、（１）材料を適切な形状と精度で配置し、（２）その配置中は、任意に材料を固定温度に保ち、（３）正しい速度で正しい場所に材料を配置し、（４）そのツールの位置と押し出された材料に関する情報を、コントローラに対して任意に通知する機能を有する。
【００３３】
「ステーション」：ステーションとは、カプセル加熱システムと共にプリント処理で使用されるカプセルを収容する要素であり、（１）カプセルがそのカプセル容器に適切に収容され、（２）各カプセルの識別とそこに収容される材料の判別を行い、（３）その配置中は、任意に材料を固定温度に保ち、（４）そのステーションの位置と押し出された材料に関する情報を、コントローラに対して任意に通知する機能を有する。
【００３４】
「リポジトリ」：リポジトリとは、プリント処理で使用するカプセルに、収容部を集合的に提供するステーションの集まりである。
【００３５】
「カプセルホルダ」：カプセルホルダとは、カプセルを保持し、カプセル加熱、温度制御及びカプセル識別などのタスクを行う各種システムを組み込む容器である。
【００３６】
「システム」：複雑な全体を形成する、相互作用、相互関連、又は相互依存する要素の集まり。
【００３７】
「食材」という言葉が、以下において、積層造形法によるレシピに従った食品の製造において、３Ｄプリンタシステムの動作を説明する際に用いられる。しかしながら、プリンタシステムとその使用方法は、食品の食材以外の材料を使って、計画に従って行われる非食料製品（石鹸、ワックス、コンクリートなどの多様な製品を含むが、これらには限定されない。）の製造にも採用される。また、以下の説明における「レシピ」や「食材」といった用語は、本発明を食品のプリントに限定する目的で使用されるものではなく、むしろ非限定的であることが当業者には理解されるであろう。
【００３８】
本発明１１に係るＸ‐Ｙ‐Ｚ  ３Ｄプリンタシステム１１は、カプセル交換システム（カプセルリポジトリ２５とその構成要素を含む）（図２Ａに概略的に示す）と、カプセル加熱システム５００（図２Ｂに概略的に示す）と、押出機構５１１（図２Ｃに概略的に示す）とを備えており、それら全てを以下に詳述する。
【００３９】
また、このシステム１１には、以下に詳述するプロセッサ１７、伸縮機構５１１（以下に詳述）によりカプセル５９から材料（つまり、食材）を押し出すツール２３、システム１１の読み書きメモリ（ＲＷＭ）１９に格納されたコンピュータプログラム命令に従ってツール２３の動きを制御するコントローラ２１とが、カプセル交換システム、カプセル加熱システム、押出機構の共有コンポーネントとして含まれている。システム１１は、その内部にプロセッサ１７が組み込まれていることが好ましいが、ユーザの外部装置（例えば、コンピュータやタブレット）がプロセッサ１７と通信できるよう構成されてもよく、そうすることで、ユーザは自身の装置を介してシステム１１を制御することができる。
【００４０】
ａ．カプセル交換システム
図２Ａは、カプセル交換器の要素を有するプリンタシステム１１をブロック図形式で示す。システム１１は、プリント面に隣接して配置されてカプセル５９を収容する５つのカプセル収容ステーション（スロット）２７（個々に２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ、２７Ｅで示す）を有するカプセルリポジトリ２５を備える。各ステーション２７は、その状態（未使用又は使用）を検出するセンサ２９を備える。また、各ステーション２７は、カプセル５９（個別に５９Ａ、５９Ｂ、５９Ｃ、５９Ｄ、５９Ｅと指定）を保持する機能を有しさまざまなシステムを（以下に詳述するように）組み込むカプセルホルダ５３を備える。
【００４１】
カプセル５９を識別するデータが、カプセル識別システム４１（後述）から自動で、又は、システムに取り付けられたユーザインターフェース１５（図２Ａ〜図２Ｃに符合１５で図示）を介してエンドユーザによって手動で入力される。入力されたデータは読み書きメモリ１９に格納され、プリント作成に使用するためにステーション内のカプセル５９の選択又は取出しを行うリポジトリ２５のステーションを識別する。
【００４２】
図３Ａ、図３Ｂは、カプセル５９（個別に５９Ａ、５９Ｂ、５９Ｃ、５９Ｄ、５９Ｅと指定）とそれらのカプセルホルダ５３（個別に５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄ、５３Ｅと指定）を収容する複数のステーション２７を備えたカプセルリポジトリ２５と、ステーション２７の１つとツール２３との間でカプセルホルダ５３の１つを交換するための交換機構（以下に詳述）を示す。カプセル収容ステーション２７（個別に２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ、２７Ｅと指定）は、それぞれ１つのカプセルホルダ５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄ、５３Ｅを収容し、そのカプセルホルダには、プリント処理を実行するために所望の食材を１つ有する各カプセル５９Ａ、５９Ｂ、５９Ｃ、５９Ｄ、５９Ｅが挿入される。このように、プリント処理中に異なるステーション２７を選択することで、異なる食材を用いてデザインをプリントすることができる。
【００４３】
引き続き図３Ａ、図３Ｂを参照する。交換機構には、各ステーション２７に設置された係合機構５７と、ツール２３に設置された係合機構４９とが備えられ、それらは、ステーション２７の１つとツール２３との間でカプセルホルダ５３の１つとそれに挿入されたカプセル５９の交換を行い、その交換が行われた際にカプセルホルダ５３とそのカプセル５９を保持するために使用される。ツール２３の係合機構４９には、一対のクリップ、例えば、ツール２３に設けられた引張ばねアーム６７、６９が備えられ、それらはカプセルホルダ５３と係合しない時には張力がかからない状態となり、カプセルホルダ５３と係合時には張力がかかる状態となる。図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂに示す各ステーション２７における係合機構５７にも、一対のクリップ、例えば、引張ばねアーム７３、７５が備えられ、それらは、以下に詳述するように、ツール２３のばねアーム６７、６９によって圧力をかけられた際に動作する。
【００４４】
次に図５Ａ、図５Ｂを参照する。選択された１つのステーション２７からカプセルホルダ５３とそれに挿入されたカプセル５９を取り出す際には、ツール２３は、まず、それが占有している位置、例えば座標（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）で示される初期位置から、選択されたステーション（図３Ａで示す例では、ステーション２７Ｃ）の前方の位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）へ移動する。そしてツール２３は、位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）から図５Ａに示す位置（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）へと移動し、選択されたステーション２７Ｃからカプセル５９Ｃとそのカプセルホルダ５３Ｃを取り出す。
【００４５】
選択されたステーション２７Ｃからカプセル５９Ｃとそのカプセルホルダ５３Ｃを（図３Ａの例に示すように）取り出すために、ツール２３は、ツール２３の係合機構４９がステーション２７Ｃの係合機構５７と係合し、ばねアーム７３、７５を押圧した状態で、図５Ａに示すように、位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）から位置（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）にステーション２７内へと移動する。図５Ａに示すように、ツール２３は、その後、ステーション２７Ｃ内で位置（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）から位置（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ２）へ横方向に移動する。図６に示すように、この横方向の移動によって、係合機構４９がカプセルホルダ５３Ｃと接触し、そのカプセルホルダ５３Ｃの周りを連続的に前進することで、カプセルホルダ５３Ｃを部分的に取り囲み、かつ保持する。カプセルホルダ５３Ｃを取り囲んで保持すると、ツール２３は、カプセルホルダ５３Ｃとその中のカプセル５９Ｃをステーション２７Ｃから引き出しながら、位置（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）から位置（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）へと移動する。このようなカプセルとホルダの引出し移動によって、図６に示すように、ツール２３の係合機構４９の引張ばねアーム６７、６９が、引き出されたカプセルホルダ５３Ｃとその中のカプセル５９Ｃの経路から（自身のばね張力に反して）移動し、カプセルホルダ５３Ｃをステーション２７から解放する。また、ツール２３を位置（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）から位置（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）へと移動することによって、係合機構４９をカプセルホルダ５３Ｃから解除することもできる。そしてツール２３は、位置（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）からその元の位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）へと移動する。
【００４６】
ツール２３がカプセルホルダ５３とカプセル５９をその中にすでに保持している場合は、その他のカプセル５９とそのカプセルホルダ５３を取り出す前に、ツール２３はまず、利用可能な（未占有の）ステーション２７に、ツール２３が保持しているカプセルホルダ５３とそのホルダのカプセル５９を配置する必要がある。カプセル５９とそのカプセルホルダ５３を利用可能なステーション２７に配置する際には、ツール２３は現在位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）から、その利用可能なステーション２７の前方の位置（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）へと移動する。その後ツール２３は、図５Ｂに示すように、位置（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）から位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）へとＬ字パターンに移動する（配置作業は、基本的に取出し作業の反対）。カプセル５９とそのカプセルホルダ５３を利用可能なステーション２７に配置する、位置（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）から位置（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ４）への移動において、例えば図３Ｂに示すように、カプセル５９Ｃとそのカプセルホルダ５３Ｃを利用可能なステーション２７Ｃに配置する際には、ツール２３の係合機構４９が、カプセル５９Ｃとそのカプセルホルダ５３Ｃのステーション２７Ｃへの配置（挿入）に備えて、ステーション２７の係合機構５７と係合し、ツール２３ツール２３の係合機構４９を押圧する。カプセル５９Ｃとそのカプセルホルダ５３Ｃのステーション２７Ｃへの配置は、カプセルホルダ５３Ｃがばねアーム７３、７５を越えて移動することで達成される。カプセルホルダ５３Ｃは、ステーション２７Ｃ内を位置（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）から位置（Ｘ３、Ｙ３、Ｙ３）へとそのカプセル５９Ｃと共に移動すると、ばねアーム７３、７５と接触し、それらを越えて連続的に移動する。これによってばねアーム７３、７５は、まずはカプセルホルダ５３Ｃの経路から遠ざかり、その後跳ね返って、カプセルホルダ５３Ｃを部分的に取り囲み、ステーション２９Ｃ内の所定位置に保持する。
【００４７】
その後ツール２３は、図５Ｂに示すように、位置（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）から位置（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）へと横方向に移動する。この横方向の移動によって、ばねアーム６７、６９がカプセルホルダ５３Ｃの周りをそれから遠ざかるように連続的に移動し、それによって、図７Ｂに示すように、カプセルホルダ５３Ｃが解放される。その後、ツール２３は、位置（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）から位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）へと移動し、ツール２３の係合機構４９をステーション２７の係合機構５７から解除する。カプセル５９Ｃの解放後、ツール２３は、位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）からその初期位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）へと移動し、配置作業を終了する。
【００４８】
当業者であれば理解するように、カプセルホルダ５３Ｃとその中のカプセル５９Ｃに対して、ステーション２７Ｃとツール２３との間で行われる本明細書に記載の交換処理は、１つの例であって、全てのカプセルホルダ５３とその中のカプセル５９に対して、全てのステーション２７とツール２３との間で同様の交換処理が適用可能である。
【００４９】
次に図２Ａを参照する。自動カプセル識別システム４１（以下に説明）から、又は、システム１１に接続されたユーザインターフェース１５を介したエンドユーザによるデータ入力から、システム１１の読み書きメモリ（ＲＷＭ）１９にデータが入力される。
【００５０】
図１４に示すカプセル識別システム４１は、各カプセル５９に一体化されたタグ３７（個別に３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ、３７Ｄ、３７Ｅと示す）と、各ステーション２７のタグリーダー３９（個別に３９Ａ、３９Ｂ、３９Ｃ、３９Ｄ、３９Ｅと示す）が備えられている。タグ３７は、システム１１の外部にあるデータベースに格納されたデータに関連付けられた固有のコードを格納する。この外部に格納されたデータによって、食材を中に収容したカプセル５９、そして食材の賞味期限、カプセルに含まれる食材が過去にどれだけ使用されたか、カプセルの出所（メーカーや出荷日を含むがこれに限定されない）とが関連付けられる。各ステーション２７のタグリーダー３９は、各カプセル５９に一体化されたタグ３７からデータを取り込み、ＲＷＭ１９は、タグリーダー３９によって取り込まれたデータを受け取って格納する。また、システム１１は、エンドユーザが、ユーザインターフェース１５を介して、カプセル５９とその中に含まれる食材を関連付けるデータを入力することを許可する。
【００５１】
プロセッサ１７は、このＲＷＭ１９に格納されたデータを使用して、各ステーション２７にどのカプセル５９があるのかを特定する。従って、システム１１は、各ステーション２７にどの材料があるのか、そして、どのステーション２７が使用中なのかを把握し、現在のプリントジョブに必要な食材がステーション２７にて入手可能かどうかを検出することができる。
【００５２】
必要な食材が入手可能である場合には、システム１１は、プリント処理を開始することができる。プリント処理は、食材の１つが尽きない限り、それが完了するまで自動的に実行される。食材が尽きた場合は、システム１１は、その食材を含むカプセル５９の交換をエンドユーザに要求する。不足している食材がある場合には、システム１１は、エンドユーザにそれらの材料を収容する適当なカプセル５９をステーション２７に装填するよう求める。そして、システム１１が、使用する最初のカプセル５９を選択することでプリント処理が開始する。コントローラ２１は、カプセルホルダ５３にあるカプセル５９を、それに関連付けられたステーション２７から取り出すために、ツール２３を移動する。カプセル５９が使用されると、コントローラ２１は、カプセルホルダ５３にあるカプセル５９を、それに関連付けられたステーション２７に再び配置するために、ツール２３を移動し、カプセルホルダ５３にある次に必要なカプセル５９を続けて取り出す。この取出し動作の前に、ツール２３が別のカプセルホルダ５３とその中のカプセル５９をすでに保持している場合は、プロセッサ１７は、上述のように、コントローラ２１にそれらを未使用のステーション２７に配置させる。このようにシステム１１の読み書きメモリ（ＲＷＭ）１９に格納されたルーティンの制御下で配置と取出しを行う交換作業について、以下に説明し、図８Ａ、図８Ｂにフロー図（論理フロー図）形式で示す。
【００５３】
次に、図８Ａ、図８Ｂを共に参照して、メモリ１９に格納された、配置と取出しを行う交換作業を実行するためのルーティンを示す論理フロー図について説明する。このルーティンでは、ステーション２７とツール２３間でカプセルホルダ５３とその中のカプセル５９を交換する場合に、ツール２３を移動する先の位置座標を生成する。以下の説明において、特定のカプセル５９やカプセルステーション２７は一例にすぎず、概して処理を限定するものではない。また、以下の説明において、フロー図のブロックは、本発明にかかる処理を実行する際のステップを示すため、「ステップ」と称する。
【００５４】
カプセル交換を要求するプリント指示がプロセッサ１７に入力されるたび、ステップ８１においてルーティンが開始する。ステップ８１において、元のカプセルステーション２７Ｃに関連付けられた位置座標を取り込むことで、プロセッサ１７は、どこにカプセルを配置するべきかを把握する。制御はステップ８１からステップ８３へと移り、ツール２３の現在位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を取り込んだ後、後で使用するため、プロセッサ１７のメモリ１９に格納する。
【００５５】
ステップ９７において、コントローラ２１から、カプセル５９に対して関連付けられたステーション２７の位置座標（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）にアクセスして配置処理を開始する。一連の４つの位置座標が、プロセッサ１７により生成される。図２に示す５つのステーション２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ、２７Ｅに対して配置作業を開始するための位置座標の値は、下記の表１において使用される。例えば、カプセルホルダ５３Ｃとそのカプセル５９Ｃのステーション２７Ｃ（図２Ａに示す第３ステーション）への配置を開始する際にツール２３を移動するべき座標（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）は、（１１００、５００、４００）である。この座標は、表１に使用されている第３ステーション（ステーション２７Ｃ）の座標に対応している。
【００５６】
【表１】
2016525885.tif 000003
【００５７】
ステップ９７での処理に続き、制御はステップ９９へと移る。ステップ９９に示すように、Ｘ座標とＹ座標の値には調整が行われ、Ｚ座標の値は未調整とすることで、位置座標（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）を生成し、コントローラ２１（図２Ａ）に位置座標（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）として送られる。図８Ａのステップ１０１において、ツール２３はこの位置座標（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）によって指定された新しい位置に移動する。そしてステップ１０３において、Ｘ座標を調整し、Ｙ座標とＺ座標の値は未変更のまま、位置座標（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を生成し、コントローラ２１（図２Ａ）に位置座標（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）として送られる。図８Ａのステップ１０４において、ツール２３はこの新しい位置に移動する。そして、ステップ１０５において、Ｙ座標を調整し、Ｘ座標とＺ座標の値は未変更のまま、位置座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）が生成され、コントローラ２１（図２Ａ）に送られる。図８のステップ１０７において、ツール２３はこの新しい位置に移動する。
【００５８】
このように、図５Ｂに示すように、ツール２３を位置座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）に移動することによって、ツール２３に保持されたカプセルホルダ５３Ｃとそのカプセル５９Ｃを、ツール２３に含まれるカプセルホルダ５３Ｃとそのカプセル５９Ｃに割り当てられたステーション２７Ｃに配置させる。上述のカプセル配置処理の後、制御はステップ１０７からステップ１０９へと移り、ツール２３は位置（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）に戻され、ステップ１１１において位置（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）に戻され、そこでツール２３は更なる命令を待つ。
【００５９】
その後、制御はステップ１１３に移り、プリント処理が終了したか、又は、ステーション２７から他のカプセル５９が取り出されるかを判定するテストが行われる。プリント処理がすでに終了している場合は、他のカプセル５９を取り出す必要がないので、制御はステップ１２７へと移る。一方、プリント処理が終了していない場合には、他のカプセルホルダ５３とそのカプセル５９を取り出す必要があるため、制御はステップ１１５へと移る。ステップ１１５において、コントローラから、取出し処理を開始するためのステーション２７Ｃの位置座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）にアクセスする。一連の４つの位置座標の値が、プロセッサ１７により生成される。図２Ａに示す５つのステーション２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ、２７Ｅに対して取出し処理を開始するためのこれら位置座標の値は、下記の表３において使用される。例えば、カプセルホルダ５３Ｄとそのカプセル５９Ｄをステーション２７Ｄ（図２Ａに示す第４ステーション）から取り出す際にツール２３を移動しなければならない座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）は、（１２００、５００、４００）である。この座標は、表２に使用されている第４ステーション（ステーション２７Ｄ）の座標に対応している。
【００６０】
【表２】
2016525885.tif 000004
【００６１】
その後、図５Ａ及び図８Ｂに示すように、ステップ１１７において、Ｘ座標を調整し、Ｘ座標とＺ座標の値は未調整のまま、位置座標（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を生成し、コントローラ２１に位置座標（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）として送られる。そして、ステップ１１９において、ツール２３はこの新しい位置座標（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）に移動する。その後、ステップ１２１に示すように、座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）がコントローラ２１に送られ、ツール２３がこの座標に移動することによって、ステーション２７Ｄのカプセルホルダ５３Ｄとそのカプセル５９Ｄを取り出す。
【００６２】
続いて、ステップ１２３において、座標（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）がコントローラ２１に送られ、ツール２３が座標（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）に戻る。そしてステップ１２５において、座標（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）がコントローラ２１に送られ、ツール２３が座標（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）に戻る。
【００６３】
ステップ１２５で行われる処理に続き、ステップ１２７において、ツール２３はその元の位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）に戻る。この元の位置は、ステップ８３で示すように、プロセッサ１７の内部メモリ１９に以前に格納された位置座標の値に対応する。
【００６４】
ステップ１２７の後、ルーティンを終了する。
【００６５】
ツール２３を元の位置（０、０、０）に移動することでシステム１１の使用を開始する際に（すなわち、初期化時又は「パワーオン」時に）、ツール２３の状態も確認される。
【００６６】
ｂ．カプセル加熱システム
カプセルホルダ５３には、自動カプセル加熱システム５００（個別に、５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃ、５００Ｄ、５００Ｅと示す）が設けられている。図３Ａ、図３Ｂ及び図１５は、この各カプセルホルダ５３の自動カプセル加熱システム５００を示し、このシステムは、以下に詳述するように、カプセルホルダ５３内部の導電層３６と、カプセルホルダ５３の外部の絶縁層３５と、熱センサ２９と、カプセルホルダ５３の内部に挿入される変換器３１とを備える。
【００６７】
図２Ｂは、加熱システム５００の要素を有するプリンタシステム１１をブロック図の形式で示す。ＵＩ／ＵＸ１５、プロセッサ１７、コントローラ２１、ツール２３、ステーション２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ、２７Ｅは、図２Ａに関連して上述する通りである。図３Ｂ、図３Ｃは、加熱システム５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃ、５００Ｄ、５００Ｅの構成要素を更に詳しく示す。つまり、各カプセルホルダ５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄ、５３Ｅに対して各熱センサ２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃ、２９Ｄ、２９Ｅが含まれ、各カプセルホルダ５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄ、５３Ｅに対して各変換器（サーマルメッシュ）３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅが含まれる。熱センサ２９はカプセルホルダ５３の温度を測定し、その温度からカプセル５９内の食材の温度が推測される。熱センサ２９と変換器（サーマルメッシュ）３１はいずれも各カプセルホルダ５３に組み込まれ、カプセルホルダ５３のカプセル５９が使用されていない場合はステーション２７に、カプセルホルダ５３のカプセル５９が使用中の場合はツール２３に、ばねコネクタ３３を介して接続されている。ばねコネクタ３３は、コントローラ２１から電力を受け取り、熱センサ２９からコントローラ２１にカプセル温度情報を送信するためのものである。
【００６８】
コントローラ２１によって電流が変換器３１に流れると、変換器３１の温度が上昇する。絶縁層３５は、カプセル５９への変換器３１の影響を制限し、変換器３１からの熱がシステム１１の他の部分に漏れるのを防ぐ。導電層３６によって、変換器３１で生成された熱がカプセルホルダ５３に含まれるカプセル５９に伝えられる。プリンタシステム１１は、熱センサ２９と変換器３１を利用して、更に、コントローラ２１によって集められたカプセル５９の構成やカプセル５９の中身（食材）に関する情報を利用することによって、食材のレオロジー挙動を制御し、よりスムーズなプリント処理を実現する。
【００６９】
図１０は、変換器３１の温度発展と、典型的な加熱処理におけるカプセル５９の温度発展とをそれぞれ異なる曲線で示す。
【００７０】
カプセル５９に含まれる各食材は、それに関連付けられた一連の１５個のパラメータを有し、プリント温度、加熱曲線、押出速度、押出乗数、層配置間の待機時間、軸速度、最適ノズル直径、縦精度、横精度、粘度曲線、密度、凍結温度及び溶融温度などが含まれるが、これらには限定されない。これらのパラメータによって、プリンタシステム１１がどのように食材を処理するかが決まる。なお、食材の加熱温度はそのプリント温度と必ずしも同じである必要はない。一部の食材は、ステーション２７にある間に加熱システム５００によって予熱され、プリント処理が開始すると加熱システム５００によって異なる温度、通常はより高い温度に加熱される。
【００７１】
各食材のパラメータは全てＲＷＭ１９に格納される。選択されたステーション２７のカプセル５９を加熱する際は、プロセッサ１７は、格納されたパラメータと、エンドユーザによって選択されたレシピに関連する情報（すなわち、図１０に示すような温度発展曲線）により、システム１１の読み書きメモリ（ＲＷＭ）１９に格納されたアルゴリズムを使用して、ステーション２７における場合と、ツール２３における場合の食材の最適な加熱処理を決定する。このアルゴリズムは食材のレオロジー特性に関連し、これは当業者であれば容易に求められる。このアルゴリズムは、食材の特性を変えずに所望の温度に到達するのに要する時間を最小限に抑えるよう、加熱曲線を調整する。例えば、カプセル５９をまずは食材の所望の温度より高い温度に加熱し、食材が所望の温度に到達するのを待つとより効率的である（例えば食材がチョコレートの場合は、チョコレートのテンパリング処理の一部として、カプセル５９を４０℃に加熱した後、２８℃まで冷ます）。このカプセル５９のより高い温度は、食材に化学変化を引き起こすほど高くなってはならない。また一部の食材には、導電率不足のため、こうした処理（カプセル５９をまずは食材の所望の温度よりも高い温度に加熱する）の使用を避けるものもある。このため、アルゴリズムはこのような情報（格納された各食材のパラメータや、変換器３１、カプセル５９、ノズル５１０の温度発展曲線）を全て考慮し、各食材に対して最適な加熱曲線を決定する。
【００７２】
加熱処理は使用されていないカプセル５９も含めた各カプセル５９に対して実行され、プロセッサ１７が食材のプリント温度をＲＷＭ１９から受け取ることによって開始する。そして、プロセッサ１７は、熱センサ２９によって測定されたカプセル５９の温度を比例・積分・微分（ＰＩＤ）アルゴリズムへの入力として使用し、加熱システム５００を制御して、カプセル５９内の安定したターゲット温度を達成する。
【００７３】
加熱処理が決定すると、プロセッサ１７は、コントローラ２１に指令を発行し、変換器３１に電流を流し続け、熱センサ２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃ、２９Ｄ、２９Ｅからリアルタイムで温度情報を受け取る。この温度情報はプロセッサ１７に送り返され、プロセッサ１７は熱センサ２９から受け取った新しい温度情報に従って加熱処理を自動で調整し、コントローラ２１に継続的に新しい指令を送り続ける。
【００７４】
エンドユーザは、各食材に印加するべき温度と所定の食材に関連付けられたパラメータの両方を（ユーザインターフェース１５を介して）変更するオプションを有する。エンドユーザが新しい温度及び／又は新しいパラメータを入力すると、プロセッサ１７は適用する加熱処理を更新し、更新した加熱処理についてコントローラ２１に指令を送る。
【００７５】
この加熱処理は、読み書きメモリ（ＲＷＭ）１９に格納されたコンピュータプログラム命令によって実施される加熱処理アルゴリズムを実行するためのルーティンの制御下において行われる。この処理については以下に説明し、図１１にフロー図（論理フロー図）形式で示す。このルーティンは、定められた時間において使用されていない場合でも、システム１１にある各カプセル５９に対して行われる。
【００７６】
ステップ１８１において、食材の加熱に関連するデータ又は指令がプロセッサ１７に入力されるたび、加熱処理を行うためのルーティンが開始する。ステップ１８１において、プロセッサ１７に組み込まれたシステム１１の読み書きメモリ（ＲＷＭ）１９からレシピ情報を取得する。このルーティンは、使用されていないものも含めた各カプセル５９について行われる。このレシピ情報には、レシピに使用される食材や、食材がどのような順序で使われるかが含まれる。制御はステップ１８１からステップ１８３に移り、加熱処理の判定に必要な温度情報を含む、カプセル５９に含まれる食材に関する情報もＲＷＭ１９から取得される。この情報取得ステップ１８３はシステム１１内の全てのカプセル５９について行われるため、システム１１はどのカプセル５９が次に使われるかを把握する。加熱処理に関連する全ての情報が収集されると、制御はステップ１８５へと移り、ツール２３（図２Ｃに示す）に含まれるセンサ５１２を利用して、カプセル５９がすでに使用中かどうかを判定するテストが行われる。
【００７７】
カプセル５９が使用中の場合には、制御をステップ１８５からステップ１８７へと移してプリント温度制御サブルーティンを開始し、ステップ１８３、ステップ１８５で事前に取得した情報に基づき、カプセル温度が所望温度に到達したかどうかを判定するテストが更に行われる。温度が所望プリント温度を下回るというテスト結果の場合は、制御をステップ１８９に移して、温度を所望温度まで上昇させる。その後、制御をステップ１９１に移し、プリントジョブを継続して行う。一方、カプセル温度がすでに適当な温度である場合には、制御はそのままステップ１９１へと移る。このプリント温度制御サブルーティンに続いて、制御はステップ２０１へと移り、カプセル５９によるプリントジョブが終了したかどうかを判定するテストが行われる。プリントジョブが終了していないというテスト結果の場合は、制御はステップ１８７に戻り、プリント温度制御サブルーティンを最初からもう一度やり直す。一方、カプセル５９によるプリントジョブが終了している場合には、制御をステップ２０３に移してカプセル５９を解放し、その後ステップ１８５へと制御を戻す。
【００７８】
ステップ１８５においてカプセルが使用されていないというテスト結果が得られた場合は、制御はステップ２０５のステーション準備サブルーティンに移り、ステップ１８３、ステップ１８５で事前に取得した情報に基づき、カプセル温度がすでに所望ステーション温度に到達したかどうかを判定するテストが更に行われる。温度が所望ステーション温度を下回るというテスト結果の場合は、制御をステップ２０７に移して、温度を所望温度まで上昇させる。その後、制御をステップ２０９に移し、温度状態を更新する。一方、カプセル温度がすでに適当な温度である場合には、制御はそのままステップ２０９へと移る。ステーション準備サブルーティンが完了すると、制御はステップ２１１に移り、プリントジョブが終了したかどうかを判定するテストが行われる。プリントジョブがまだ終了していないというテスト結果の場合は、制御はステップ１８５に戻り、前述のように、加熱処理を実行するルーティンが継続して行われる。一方、プリントジョブが終了している場合には、制御をステップ２１３に移し、装置はカプセルが安全な温度に下がるまで待機する。ステップ１３１の後、加熱処理を実行するルーティンを退出する。
【００７９】
ｃ．押出機構
図２Ｃは、押出機構の要素を含むプリンタシステム１１をブロック図形式で示す。押出機構には、前述の熱センサ２９と変換器３１に加えて、ツール２３の一部である、伸縮機構５１１の形をしたアクチュエータが含まれる。伸縮機構５１１は、カプセルホルダに保持されたカプセルから材料を押し出す。
【００８０】
図１２Ａ〜図１２Ｃは、ツール２３の伸縮機構５１１を、安静（後退）位置（図１２Ａ）、中間伸長位置５３（図１２Ｂ）、完全伸長位置（図１２Ｃ）の３箇所の異なる位置において詳細に示す。伸縮機構５１１は伸長すると、カプセル５９の上端にあるカプセルピストン５１を押し、それによりカプセル５９の下端から食材を押し出す。伸縮機構５１１の伸長と収縮は、押出機構に含まれるモータ６１により行われる。
【００８１】
プリントジョブを行うためには、ツール２３が、加熱システム５００を介してプリント材料（カプセル５９内の食材）の温度を調節し、組み込まれた伸縮機構５１１により食材を押し出すことが必要となる。加熱システム５００により得られる最適カプセル温度に対応するパラメータと、伸縮機構５１１を使用する速度は、使用される食材、プリントするデザイン、ひいては、エンドユーザの入力（もしあれば）を考慮したアルゴリズムを用いて、プロセッサ１７によって決定される。プロセッサ１７が食材プリント温度を受け取ると、温度制御システムが開始する。そして、熱センサ２９がカプセル５９の温度を測定する。加熱曲線の傾き（勾配）を算定する比例・積分・微分（ＰＩＤ）アルゴリズムを用いて、プロセッサ１７は加熱システム５００を制御し、カプセル５９内の安定したターゲット温度を得る。伸縮機構５１１の速度は、台形移動アルゴリズムを用いて、プロセッサ１７によって決定される。この台形移動アルゴリズムは、プリントされるデザイン及び各食材に固有の押出乗数パラメータを入力データとして使用するので、粘度、密度及び／又は厚さといった各食材に固有の特性に応じて、プリント処理を通じて押出速度を直線的に修正することが可能になる。また、これは、正しい速度及び変位による伸縮機構５１１の適切な配置を出力する。伸縮機構５１１は、押し出される食材が尽きたどうかを検出するセンサ５１２も有する。食材が尽きた場合には、その旨をコントローラ２１に通知し、それを受けてコントローラ１１は、トークンをプロセッサ１７に送る。そしてプロセッサ１７は、前述のアルゴリズムに従って、次に行うべき動作を決定する。
【００８２】
多くの場合には、プリントジョブを継続するために、ツール２３によって、他のカプセル５９とそのカプセルホルダ５３をそのステーション２７から取り出す前に、カプセル５９とそのカプセルホルダ５３をそれに対応するステーション２７に配置することが必要となる。カプセル５９とそのカプセルホルダ５３をそれに対応するステーション２７に配置する際には、ツール２３は、伸縮機構５１１をその安静位置に戻し、それによって、カプセルホルダ５３とカプセル５９が解放される。これは、コントローラ２１が、モータに、伸縮機構５１１をそれが一番短くなる後退（安静）位置まで後退させることで行われる。
【００８３】
プロセッサ１７のＲＷＭ１９に格納された押出処理アルゴリズムの制御下で行われる押出処理について、以下に説明し、図１３にフロー図（論理フロー図）形式で示す。押出処理の前に、プリント処理の一部として、どの食材が使用され、その食材がどのカプセル５９にあるかについて判定を行い、その食材に関するパラメータをストレージから（すなわち、ＲＷＭ１９から）取得する。
【００８４】
プロセッサ１７が、押出処理又はカプセル５３とそのカプセルホルダ５９による処理（ステーション２７からの取出し又はステーション２７への返却）に関するデータ又は指示を受け取って実行するたび、押出処理のアルゴリズムが開始する。ステップ２８１において、準備サブルーティンと共に、押出ルーティンが開始する。ステップ２８１において、プロセッサ１７のＲＷＭ１９からレシピ情報を取得する。このレシピ情報には、レシピに使用される全ての食材や、それらがどのような順序で使われるかが含まれる。制御はステップ２８１からステップ２８３に移り、カプセル５９に含まれる食材に関する押出パラメータ（押出速度、押出乗数）も取得される。関連する押出パラメータが全て収集されると、制御はステップ２８５へと移り、コントローラ２１は伸縮機構５１１を安静位置に配置する。その後、制御はステップ２８７へと移り、カプセル５９とそのホルダ５３を取り出す。ステップ２８９において、伸縮機構５１１は、センサ５１２を利用して、カプセル５９内の食材の量を測定する。そして制御はステップ２９１に移り、コントローラ２１は伸縮機構５１１を適当な開始位置に配置してプリント処理を開始する。すなわち、ステップ２９１において、コントローラ２１は、開始位置の座標を含む一連の命令をツール２３に提供し、ツール２３が適当な（ｘ、ｙ、ｚ）位置に移動する。押出処理中は、コントローラ２１はレシピが求めるパターンで食材を押し出すため、ツール２３が従う移動や各時点での押出速度に関する命令もツール２３に提供する。
【００８５】
この準備サブルーティンが終了すると、ステップ２９３において、システム１１が押出処理を行う準備ができているかを判定するテストが行われる。システム１１の準備ができていない場合は、制御はステップ２９５に移り、押出機構は、システム１１が押出処理を進める準備ができるまで待機する。システム１１の準備ができると、制御はステップ２９７へと移り、押出処理が開始する。一方、システム１１の準備ができている場合には、制御はそのままステップ２９７に移る。押出処理が開始すると、制御はステップ２９７からステップ２９９へと移り、カプセル５９内の食材が尽きたかどうかを判定するテストが更に行われる。食材が尽きた場合は、制御はステップ３０１に移り、伸縮機構５１１をその安静位置に配置することでカプセル置換サブルーティンを開始する。その後、制御はステップ３０３へと移り、カプセルホルダ５３内のカプセル５９をそのステーション２７に戻し、制御をステップ３０５へと移して、エンドユーザがカプセル５９を置換える必要があるかどうかを判定するテストを行う。もしそのような必要がある場合には、制御はステップ３０７へと移り、システム１１はユーザがカプセル５９を置換えるまで待機する。その後、制御をステップ２８１へと戻し、準備サブルーティンを最初からもう一度やり直す。ステップ３０５のテスト結果として、ユーザがカプセル５９を交換する必要がない場合は、制御はそのままステップ２８３へと移る。
【００８６】
ステップ２９９で行われたテストの結果、カプセル５９にまだいくらか食材が残っている場合には、ステップ３０９において更なるテストを行い、カプセル５９に含まれる食材によるプリント処理が終了したかどうかを判定する。プリント処理がまだ終了していない場合は、制御をステップ２９７に戻す。そうでなければ、制御をステップ３１０に移し、機械サックバック要素５１３を単式モータによって起動し、ピストンを引き戻して食材がカプセル５９から滴り落ちるのを防ぐ。そして、制御をステップ３１１へと移して伸縮機構５１１をその安静位置に配置し、制御をステップ３１３へと移してカプセルホルダ５３内のカプセル５９をそのステーション２７に戻し、ルーティンを退出する。
【００８７】
ｄ．処理の概略
次に、食品のプリント処理において、システム１１によって実行される完全な処理の概略について説明する。この処理は、エンドユーザが、システム１１に組み込まれたＵＩ／ＵＸ１５を介して、又は、Ｗｉ−Ｆｉによってシステム１１に接続されたその他の機器（タブレット、スマートフォン、ｐｃ、など）を介してアクセス可能なアプリケーションによりレシピを選択、ダウンロード、デザインする（以下、まとめて「特定する」と称す）ことで開始する。その後、特定されたレシピ（レシピの適当な食材を含む）に関する全ての情報がＲＷＭ１９に格納される。レシピが特定され、それに関連する情報がＲＷＭ１９に格納されると、ＵＩ／ＵＸ１５には、適当な食材を含むカプセル５９をロードする要求がエンドユーザ宛に表示される。そして、プロセッサ２１は、カプセル識別システム４１を介して、全てのカプセル５９が定められた位置にあることをチェックする命令を実施し、どのステーション２７がどのカプセル５９を含むかを特定する。その後、システム１１は、レシピや使用されている食材に関連する全ての情報をＲＷＭ１９から取得し、プリント処理のセットアップを行う。
【００８８】
次に、プロセッサ１７がコントローラ２１に命令を送ることで、加熱システム５００は使用中の各カプセル５９を適当な温度（つまり、その安定したターゲット温度）まで加熱する。カプセル５９がその安定したターゲット温度に達すると、プロセッサ１７は、前述のように、コントローラ２１に命令を送って、ツール２３に、レシピで最初に使用する食材を保持しているカプセル５９と一緒にカプセルホルダ５３を適切なステーション２７から取り出させる。そして、カプセル５９内の食材の押出ジョブを開始する。
【００８９】
最初の食材を保持するカプセル５９による押出ジョブが終了すると、ツール２３によって、前述のように、カプセル５９とそのカプセルホルダ５３が、次のカプセル５９とそのカプセルホルダ５３に交換され、この次のカプセル５９を利用して、プリント処理が完了するまで、プリント処理を継続して行う。言い換えれば、コントローラ２１は、リポジトリ２５のステーション２７からカプセル５９とそれらのカプセルホルダ５３を取り出し、カプセル５９とそれらのカプセルホルダをステーション２７に返却する際には、ツール２３を制御して、レシピに定められたパターンに従った順序でカプセル５９から食材を押し出す。プリント処理が終了すると、全てのカプセル５９がそれぞれの元のカプセルステーション２７とカプセル加熱システム５００に戻され、押出機構５１１がそれぞれの元の状態に戻される。
【００９０】
当業者であれば理解するように、この処理は、複数の材料からなり、一連の指示に従ってＡＭプリント技術によりプリント可能な食品以外の製品のプリントにも適用可能である。
【００９１】
ｅ．その他の実施例の詳細
１．条件
本明細書に含まれる詳細な説明は一部であり、従来のプログラム可能データ処理装置による処理や、動作の象徴的表現についてなされたものである。プログラム可能データ処理装置によって行われる処理や動作には、プロセッサによる信号処理や、メモリ記憶装置内の１つ又は複数の媒体に存在するデータパケットやデータ構造における信号の維持が含まれる。一般に、「データ構造」とは、データや対象物に適用される組織構成であり、特定の動作がそのデータやデータのモジュールについて行われ、データ構造の組織された部分間に特定の関係が確立される。
【００９２】
「データパケット」とは、ある装置又はプログラムから他の装置又はプログラムへ送信される情報の単位としてまとめて定義される１つ又は複数の関連分野を有するデータ構造の一種である。そのため、これらの象徴的表現は、コンピュータプログラミングやコンピュータ製造の当業者が、教示や発見を他の当業者に最も効率的に伝えるために使用する手段である。
【００９３】
この議論の目的としては、プロセスは一般的に、所望の結果につながる一連のプログラム可能データ処理装置で実行されるステップであるものと考えられる。これらのステップは、一般的に、物理的量の物理的操作を要する。通常は、必ずしもそうではないが、これらの量は記憶、転送、結合、比較又はその他の方法で操作されうる電気的、磁気的又は光学的信号の形態を取る。当業者にとっては、これらの信号をビット、バイト、単語、情報、データ、パケット、ノード、数値、ポイント、入力、対象、画像、ファイルなどと呼ぶのが通常である。しかし、これら及び類似の用語はコンピュータ操作用の適切な物理的量と関連付けられるべきであり、かつ、これらの用語はプログラム可能データ処理装置の操作の範囲内及び操作中に存在する物理的量に適用される通常のラベルに過ぎないことに注意すべきである。
【００９４】
また、プログラム可能データ処理装置内での操作は、人間のオペレータが行う手動の操作としばしば関連する、発行する、送る、変更する、加える、不能にする、決定する、比較する、報告するなどの用語でしばしば言及されることも理解されるべきである。本明細書中で説明する操作は、プログラム可能データ処理装置とやり取りする人間のオペレータやユーザによるさまざまな入力と連携して行われる機械操作である。
【００９５】
２．ハードウェア
また、さまざまなタイプのプログラム可能データ処理装置が、本明細書に記載の教示に従って構成されるプログラムモジュールと共に使用可能であることを理解すべきである。読取専用メモリなどの不揮発性メモリに格納された配線論理又はプログラムで、本明細書に記載の方法ステップを実行する専用装置を構成することが有利であることが分かる。
【００９６】
３．プログラム
好適な実施形態において、本発明のステップは、機械で実行可能な命令で具体化されている。この命令によって、その命令でプログラムされた汎用又は特殊用途のプロセッサに本発明のステップを実行させる。あるいは、本発明のステップは、そのステップを実行する配線論理を含む特定のハードウェアコンポーネントによって、又は、プログラムされたコンピュータコンポーネントやカスタムハードウェアコンポーネントの組み合わせによって実行される場合もある。
【００９７】
上述したシステムは、本明細書の図面や説明に基づくプログラム又は１つ若しくは複数のプログラムモジュールにおいて適宜実施されてもよい。上述のさまざまな手順を実行するのに特にプログラミング言語は必要ではない。なぜなら、上述の添付図面に示す動作、ステップ、手順について、本発明を実践できる当該技術分野における通常の技術を可能とする十分な開示がなされていると考えられるからである。
【００９８】
また、本発明の実施に使用され得るプログラム可能データ処理装置、コンピュータ言語、オペレーティングシステムには多くの種類のものがあるので、それら多くの異なるシステムの全てに適用可能な詳細なコンピュータプログラムは提供されていない。
【００９９】
そのため、本発明を実施するためのプログラミングは、本明細書に記載の説明を理解した上で過度の実験を行わずに、当該技術分野における通常の技術を有するプログラマーにより実施可能である。
【０１００】
４．製品
本発明に係る方法は、プログラム可能データ処理装置（又はその他の電子機器）が本発明に係る処理を行うようプログラムするのに用いられる命令を格納した機械読取可能媒体を備えるコンピュータプログラム製品として提供されてもよい。機械読取可能媒体には、フロッピー（登録商標）ディスケット、光ディスク、ＣＤ‐ＲＯＭ、磁気光学ディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光カード、又は、電子命令の格納に適したその他の媒体／機械読取可能媒体を含むがこれらには限定されない。
【０１０１】
５．構成要素
コンピュータ実装には、プロセッサ、メモリ、ストレージ、入力装置、表示装置を有する、少なくとも１つの従来のプログラム可能データ処理装置が任意に含まれる。プログラム可能データ処理装置によって任意のブロック又はブロックの組み合わせが実施される場合には、従来の手段によって任意に行われ、コンピュータ実装の当業者は従来のアルゴリズム、コンポーネント、装置を利用して本明細書に記載の本発明の要件や設計を満たすことができる。しかしながら、本発明には、これまでにない新しい実装手段も含まれる。
【０１０２】
当業者であれば理解するように、上述の教示に照らして、添付の請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内で、本発明の上述の実施形態には改良・変更を行うことが可能であり、本発明は、本明細書に具体的に説明された以外の方法でも実施可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１１  プリンタシステム
１７  プロセッサ
１９  ＲＷＭ
２１  コントローラ
２３  ツール
２５  リポジトリ
２７  ステーション
２９  熱センサ
３１  変換器
３５  絶縁層
３６  導電層
５３  カプセルホルダ
５９  カプセル
【図１Ａ】
2016525885.tif 000005
【図１Ｂ】
2016525885.tif 000006
【図２Ａ】
2016525885.tif 000007
【図２Ｂ】
2016525885.tif 000008
【図２Ｃ】
2016525885.tif 000009
【図３Ａ】
2016525885.tif 000010
【図３Ｂ】
2016525885.tif 000011
【図４Ａ】
2016525885.tif 000012
【図４Ｂ】
2016525885.tif 000013
【図４Ｃ】
2016525885.tif 000014
【図５Ａ】
2016525885.tif 000015
【図５Ｂ】
2016525885.tif 000016
【図６Ａ】
2016525885.tif 000017
【図６Ｂ】
2016525885.tif 000018
【図６Ｃ】
2016525885.tif 000019
【図６Ｄ】
2016525885.tif 000020
【図７Ａ】
2016525885.tif 000021
【図７Ｂ】
2016525885.tif 000022
【図７Ｃ】
2016525885.tif 000023
【図７Ｄ】
2016525885.tif 000024
【図８】
2016525885.tif 000025
【図８Ａ】
2016525885.tif 000026
【図８Ｂ】
2016525885.tif 000027
【図９Ａ】
2016525885.tif 000028
【図９Ｂ】
2016525885.tif 000029
【図９Ｃ】
2016525885.tif 000030
【図１０】
2016525885.tif 000031
【図１１】
2016525885.tif 000032
【図１２Ａ】
2016525885.tif 000033
【図１２Ｂ】
2016525885.tif 000034
【図１２Ｃ】
2016525885.tif 000035
【図１３】
2016525885.tif 000036
【図１４】
2016525885.tif 000037
【図１５】
2016525885.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月23日(2015.3.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の指示によって規定された処理において複数の材料を用いて製品のプリントを行う積層造形プリンタシステムであって、
それぞれの材料は、対応するカプセルに収容されるとともに、複数のパラメータと、それらに関連付けられたレオロジー特性とを有し、
それらのパラメータが、プリンタシステムが関連する材料をどのように処理するかを規定するプリンタシステムにおいて、
材料を収容しているカプセルがその中に着脱可能に挿入されるようにそれぞれ構成された複数のカプセルホルダと、
カプセルホルダの１つを解放可能に保持する手段をそれぞれ有する複数のステーションと、そのステーションがカプセルの１つによって占有されているか否かを検出するセンサとを備えたリポジトリと、
Ｘ‐Ｙ平面において異なる位置座標へ移動可能であって、ステーションの１つから取り出されたカプセルホルダの１つを解放可能に保持する手段と、カプセルホルダに保持されたカプセルから材料の押出しを行うアクチュエータとを備えたツールと、
ステーションの１つとツールとの間でのカプセルホルダの１つの交換を行う交換機構と、
ツールの移動及び動作を制御するコントローラと、
ツールを移動するための位置座標、ステーションとツールとの間でカプセルホルダを交換するための命令及びアクチュエータの動作をコントローラに提供するプロセッサと、
コントローラによって集められたデータ及びそれぞれの材料に関連付けられたパラメータを格納するデータストレージと、
を具備し、
材料を収容するカプセルは、それぞれ既知の温度進展曲線を有し、
それぞれのカプセルホルダは、カプセルホルダに挿入されたカプセルに収容された材料の温度を調節し、かつ既知の温度進展曲線を有するカプセル加熱システムを備え、
それぞれのカプセル加熱システムは、カプセルホルダがツールに保持されたときは、カプセル加熱システムをツールに解除可能に接続し、カプセルホルダがステーションに保持されたときには、カプセル加熱システムをステーションの１つに解除可能に接続するコネクタを有し、
プロセッサは、リポジトリのカプセルホルダ内とツール内の両方におけるカプセルについて、それぞれのカプセル内の材料に対して最適な加熱処理を実行する命令をコントローラに提供し、その加熱処理には、それぞれのカプセルホルダに挿入されるカプセルの構成と既知の温度進展曲線とに基づいて、それぞれのカプセルホルダのコネクタを介して行われるそれぞれのカプセルホルダのカプセル加熱システムの調節が含まれ、それぞれのカプセル内の材料の温度は、それぞれのカプセルホルダの熱センサにより提供される温度データ、それぞれのカプセル内の材料に関連付けられたパラメータ及び特性並びに指示によって決定されることを特徴とする積層造形プリンタシステム。
【請求項２】
それぞれのカプセルホルダのカプセル加熱システムが、それぞれのカプセル内でターゲット温度を安定させるように、プロセッサによって制御可能である請求項１に記載のプリンタシステム。
【請求項３】
それぞれのカプセル加熱システムが、エネルギーを熱エネルギー以外の形態から熱エネルギーへと変換する変換器と、その熱エネルギーをカプセルホルダに挿入されたカプセルに伝導するように配置された導電層と、カプセルホルダからの熱エネルギーの漏出を防止するように配置された絶縁層と、カプセルに収容された材料の温度を判定できる温度データをプロセッサに提供する熱センサとを備え、
コネクタは、カプセルホルダがツールに保持されたときは熱センサ及び変換器をツールに解除可能に接続するとともに、カプセルホルダがステーションに保持されたときには熱センサ及び変換器をステーションの１つに解除可能に接続する請求項２に記載のプリンタシステム。
【請求項４】
請求項１に記載の積層造形プリンタシステムを使用して製品のプリントを行う方法であって、
プリントされる製品に対する一連の指示を特定するユーザに応じて、製品のプリントに関連する情報をデータストレージに格納するステップと、
それぞれのカプセルに収容された材料を特定し、それぞれのカプセルを個別のステーションに関連付け、製品の全ての材料がステーションにおいて利用可能か否かを判定するためにプロセッサを用いるステップと、
それぞれのカプセルに収容された材料に対する最適な加熱処理に従って、製品で使用されるそれぞれのカプセルを加熱するようにコントローラに命令を送るためにプロセッサを用いるステップと、、
ツールがカプセルとそれらの個別のカプセルホルダとをリポジトリから取り出し、カプセルとそれらの個別のカプセルホルダとをリポジトリに戻し、一連の指示によって決定された順序で、材料をカプセルから押し出すようにプロセッサからコントローラへ命令を送るステップと、を備え、
それぞれのカプセルに収容された材料に対する最適な加熱処理は、リポジトリのカプセルホルダ内とツール内の両方におけるカプセルに対して行われるとともに、それぞれのカプセルホルダに挿入されるカプセルの構成と既知の温度進展曲線とに基づいて、それぞれのカプセルホルダのコネクタを介して行われるそれぞれのカプセルホルダのカプセル加熱システムの調節を含んでおり、それぞれのカプセル内の材料の温度は、それぞれのカプセルホルダの熱センサにより提供される温度データ、それぞれのカプセル内の材料に関連付けられたパラメータ及び特性並びに指示によって決定されることを特徴とする方法。
【請求項５】
最適な過熱処理が、それぞれのカプセル内の安定したターゲット温度を実現する請求項４に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
図２Ｂは、加熱システム５００の要素を有するプリンタシステム１１をブロック図の形式で示す。ＵＩ／ＵＸ１５、プロセッサ１７、コントローラ２１、ツール２３、ステーション２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ、２７Ｅは、図２Ａに関連して上述する通りである。図３Ｂ、図３Ｃは、加熱システム５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃ、５００Ｄ、５００Ｅの構成要素を更に詳しく示す。つまり、各カプセルホルダ５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄ、５３Ｅに対して各熱センサ２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃ、２９Ｄ、２９Ｅが含まれ、各カプセルホルダ５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄ、５３Ｅに対して各変換器（サーマルメッシュ）３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１Ｅが含まれる。熱センサ２９はカプセルホルダ５３の温度を測定し、その温度からカプセル５９内の食材の温度が推測される。熱センサ２９と変換器（サーマルメッシュ）３１はいずれも各カプセルホルダ５３に組み込まれ、カプセルホルダ５３のカプセル５９が使用されていない場合はステーション２７に、カプセルホルダ５３のカプセル５９が使用中の場合はツール２３に、ばねピンコネクタ３３を介して接続されている。ばねピンコネクタ３３は、コントローラ２１から電力を受け取り、熱センサ２９からコントローラ２１にカプセル温度情報を送信するためのものである。
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月26日(2016.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の指示によって規定された処理において複数の材料を用いて製品のプリントを行う積層造形プリンタシステムであって、
それぞれの材料は、対応するカプセルに収容されるとともに、複数のパラメータと、それらに関連付けられたレオロジー特性とを有し、
それらのパラメータが、プリンタシステムが関連する材料をどのように処理するかを規定するプリンタシステムにおいて、
材料を収容しているカプセルがその中に着脱可能に挿入されるようにそれぞれ構成されており、その材料を収容するカプセルには外部格納データに関連付けられた固有コードで符号化されたタグが一体化されている複数のカプセルホルダと、
カプセルホルダの１つを解放可能に保持する複数のステーションと、そのステーションがカプセルホルダの１つによって占有されているか否かを検出するセンサ及びステーションを占有するカプセルホルダのカプセルに一体化されたタグからコードを取得するタグリーダーを備えたリポジトリと、
Ｘ‐Ｙ平面において異なる位置座標へ移動可能であって、それぞれのステーションと反対の位置座標を有するツールと、
ツールにおける第１部分とそれぞれのステーションにおける第２部分とを有し、それらの第１部分及び第２部分は、ステーションの１つとツールとの間でのカプセルホルダの１つとそれに挿入されたカプセルとを交換するように協働するよう構成されている交換機構と、
ツールに保持されたカプセルホルダに挿入されたカプセルから材料の押出しを行うための、ツール内に配置されたアクチュエータと、
ツールの移動及び動作を制御するコントローラと、
ツールを移動するための位置座標、ステーションにおける交換機構の第２部分とツールにおける交換機構の第１部分との間でカプセルホルダを交換するために交換機構を作動する命令及びアクチュエータの動作をコントローラに提供するプロセッサと、
それぞれのカプセルに一体化されたタグリーダーによって取得したコードを受け取って格納し、それぞれのコードに関連付けられたデータを格納し、コントローラによって集められたデータ及びそれぞれの材料に関連付けられたパラメータを格納するデータストレージと、を具備することを特徴とする積層造形プリンタシステム。
【請求項２】
材料を収容するカプセルは、それぞれ既知の温度進展曲線を有し、
それぞれのカプセルホルダは、温度データをプロセッサに提供するとともに、カプセルホルダに挿入されたカプセルに収容された材料の温度を調節し、かつ既知の温度進展曲線を有するカプセル加熱システムを備え、
それぞれのカプセル加熱システムは、カプセルホルダがツールに保持されたときは、カプセル加熱システムをツールに解除可能に接続し、カプセルホルダがステーションに保持されたときには、カプセル加熱システムをステーションの１つに解除可能に接続するコネクタを有し、
プロセッサは、リポジトリのカプセルホルダ内とツール内の両方におけるカプセルについて、それぞれのカプセル内の材料に対して最適な加熱処理を実行する命令をコントローラに提供し、その加熱処理には、それぞれのカプセルホルダに挿入されるカプセルの構成と既知の温度進展曲線とに基づいて、それぞれのカプセルホルダのコネクタを介して行われるそれぞれのカプセルホルダのカプセル加熱システムの調節が含まれ、それぞれのカプセル内の材料の温度は、それぞれのカプセルホルダの熱センサにより提供される温度データ、それぞれのカプセル内の材料に関連付けられたパラメータ及び特性並びに指示によって決定され、
それぞれのカプセルホルダのカプセル加熱システムが、それぞれのカプセル内でターゲット温度を安定させるように、プロセッサによって制御可能である請求項１に記載のプリンタシステム。
【請求項３】
それぞれのカプセル加熱システムが、エネルギーを熱エネルギー以外の形態から熱エネルギーへと変換する変換器、その熱エネルギーをカプセルホルダに挿入されたカプセルに伝導するように配置された導電層、カプセルホルダからの熱エネルギーの漏出を防止するように配置された絶縁層及びカプセルに収容された材料の温度を判定できる温度データをプロセッサに提供する熱センサを備え、
コネクタは、カプセルホルダがツールに保持されたときは熱センサ及び変換器をツールに解除可能に接続するとともに、カプセルホルダがステーションに保持されたときには熱センサ及び変換器をステーションの１つに解除可能に接続する請求項２に記載のプリンタシステム。
【請求項４】
熱センサが、カプセルホルダの温度を測定する請求項３に記載のプリンタシステム。
【請求項５】
請求項２に記載の積層造形プリンタシステムを使用して製品のプリントを行う方法であって、
プリントされる製品に対する一連の指示を特定するユーザに応じて、製品のプリントに関連する情報をデータストレージに格納するステップと、
それぞれのカプセルに収容された材料を特定し、それぞれのカプセルを個別のステーションに関連付け、製品の全ての材料がステーションにおいて利用可能か否かを判定するためにプロセッサを用いるステップと、
それぞれのカプセルに収容された材料に対する最適な加熱処理に従って、製品で使用されるそれぞれのカプセルを加熱するようにコントローラに命令を送るためにプロセッサを用いるステップと、
交換機構を用いて、ツールがカプセルとそれらの個別のカプセルホルダとをリポジトリから取り出し、カプセルとそれらの個別のカプセルホルダとをリポジトリに戻し、一連の指示によって決定された順序で、材料をカプセルから押し出すためにツール内のアクチュエータを作動させるようにプロセッサからコントローラへ命令を送るステップと、を備え、
それぞれのカプセルに収容された材料に対する最適な加熱処理は、リポジトリのカプセルホルダ内とツール内の両方におけるカプセルに対して行われるとともに、それぞれのカプセルホルダに挿入されるカプセルの構成と既知の温度進展曲線とに基づいて、それぞれのカプセルホルダのコネクタを介して行われるそれぞれのカプセルホルダのカプセル加熱システムの調節を含んでおり、それぞれのカプセル内の材料の温度は、それぞれのカプセルホルダのカプセル加熱装置により提供される温度データ、それぞれのカプセル内の材料に関連付けられたパラメータ及び特性並びに指示によって決定されることを特徴とする方法。
【請求項６】
それぞれの材料のパラメータの１つが材料の加熱曲線であって、最適な過熱処理が、それぞれのカプセルの材料の加熱曲線の傾きを算定する比例−積分−微分アルゴリズムを用いて、それぞれのカプセルホルダの加熱システムをプロセッサ制御することで、それぞれのカプセル内の安定したターゲット温度を実現する請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
交換機構が、カプセルホルダとその中のカプセルの、そのカプセルホルダに関連付けられたそれぞれのステーションへの返却を完了するたびに、製品のプリント処理が完了したか否かを判定するテストを実行するためにプロセッサを用いるステップを更に備えた請求項５に記載の方法。
【請求項８】
カプセルホルダの温度を測定するためにカプセル加熱システムを用いるステップと、
カプセル加熱システムによって測定されたカプセルホルダの温度をプロセッサに伝えるステップと、
カプセル加熱システムによって測定されたカプセルホルダの温度からカプセル内の材料の温度を推定するためにプロセッサを用いる工程と、を更に備えた請求項５に記載の方法。
【請求項９】
ツール内で使用中のカプセルが所望のプリント温度に達したか否かを、プロセッサがデータストレージから取得した情報に基づいて判定するテストを実行するためにプロセッサを用いるステップと、
カプセルが所望のプリント温度に達していない場合には、カプセル温度を所望のプリント温度まで上昇させるためにカプセル加熱システムを用いるステップと、を更に備えた請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
ステーション内のカプセルが所望のステーション温度に達したか否かを、プロセッサがデータストレージから取得した情報に基づいて判定するテストを実行するためにプロセッサを用いるステップと、
カプセルが所望のステーション温度に達していない場合には、カプセル温度を所望のステーション温度まで上昇させるためにカプセル加熱システムを用いるステップと、を更に備えた請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
プロセッサからコントローラへ命令を送るステップにおいて、プロセッサは、プリントされるデザインと、粘度、密度及び厚さのうちの少なくとも１つを含むそれぞれの材料に固有の特性に従うプリント処理を通じた押出速度を直線的に変更するための押出乗数パラメータとを入力データとして用いて、ツール内のアクチュエータの押出速度及び配置を決定する請求項５に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
本発明に係るＸ‐Ｙ‐Ｚ  ３Ｄプリンタシステム１１は、カプセル交換システム（カプセルリポジトリ２５とその構成要素を含む）（図２Ａに概略的に示す）と、カプセル加熱システム５００（図２Ｂに概略的に示す）と、押出機構５１１（図２Ｃに概略的に示す）とを備えており、それら全てを以下に詳述する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
ツール２３がカプセルホルダ５３とカプセル５９をその中にすでに保持している場合は、その他のカプセル５９とそのカプセルホルダ５３を取り出す前に、ツール２３はまず、利用可能な（未占有の）ステーション２７に、ツール２３が保持しているカプセルホルダ５３とそのホルダのカプセル５９を配置する必要がある。カプセル５９とそのカプセルホルダ５３を利用可能なステーション２７に配置する際には、ツール２３は現在位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）から、その利用可能なステーション２７の前方の位置（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）へと移動する。その後ツール２３は、図５Ｂに示すように、位置（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）から位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）へとＬ字パターンに移動する（配置作業は、基本的に取出し作業の反対）。カプセル５９とそのカプセルホルダ５３を利用可能なステーション２７に配置する、位置（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）から位置（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ４）への移動において、例えば図３Ｂに示すように、カプセル５９Ｃとそのカプセルホルダ５３Ｃを利用可能なステーション２７Ｃに配置する際には、ツール２３の係合機構４９が、カプセル５９Ｃとそのカプセルホルダ５３Ｃのステーション２７Ｃへの配置（挿入）に備えて、ステーション２７の係合機構５７と係合し、ツール２３の係合機構４９を押圧する。カプセル５９Ｃとそのカプセルホルダ５３Ｃのステーション２７Ｃへの配置は、カプセルホルダ５３Ｃがばねアーム７３、７５を越えて移動することで達成される。カプセルホルダ５３Ｃは、ステーション２７Ｃ内を位置（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）から位置（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）へとそのカプセル５９Ｃと共に移動すると、ばねアーム７３、７５と接触し、それらを越えて連続的に移動する。これによってばねアーム７３、７５は、まずはカプセルホルダ５３Ｃの経路から遠ざかり、その後跳ね返って、カプセルホルダ５３Ｃを部分的に取り囲み、ステーション２７Ｃ内の所定位置に保持する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
ツール２３を元の位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）に移動することでシステム１１の使用を開始する際に（すなわち、初期化時又は「パワーオン」時に）、ツール２３の状態も確認される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
図１２Ａ〜図１２Ｃは、ツール２３の伸縮機構５１１を、安静（後退）位置（図１２Ａ）、中間伸長位置（図１２Ｂ）、完全伸長位置（図１２Ｃ）の３箇所の異なる位置において詳細に示す。伸縮機構５１１は伸長すると、カプセル５９の上端にあるカプセルピストン５１を押し、それによりカプセル５９の下端から食材を押し出す。伸縮機構５１１の伸長と収縮は、押出機構に含まれるモータ６１により行われる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５Ａ】
2016525885.tif 000039
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６Ｂ】
2016525885.tif 000040
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６Ｃ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６Ｃ】
2016525885.tif 000041
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７Ｂ】
2016525885.tif 000042
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７Ｃ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７Ｃ】
2016525885.tif 000043
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８Ａ】
2016525885.tif 000044
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８Ｂ】
2016525885.tif 000045
【国際調査報告】
2016525885.tif 000046