特許 6444077 三次元構造物の形成装置および形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6444077

(24)【登録日】2018年12月7日

(45)【発行日】2018年12月26日

(54)【発明の名称】三次元構造物の形成装置および形成方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/35 20170101AFI20181217BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20181217BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20181217BHJP

   B05D 1/26 20060101ALI20181217BHJP

   B05D 1/36 20060101ALI20181217BHJP

   B05C 5/00 20060101ALI20181217BHJP

【ＦＩ】

   B29C64/35

   B33Y10/00

   B33Y30/00

   B05D1/26 Z

   B05D1/36 Z

   B05C5/00 101

【請求項の数】7

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2014-139978(P2014-139978)

(22)【出願日】2014年7月7日

(65)【公開番号】特開2016-16568(P2016-16568A)

(43)【公開日】2016年2月1日

【審査請求日】2017年6月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000137823

【氏名又は名称】株式会社ミマキエンジニアリング

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】池田 明

(72)【発明者】

【氏名】杉本 義郎

(72)【発明者】

【氏名】八角 邦夫

【審査官】 田代 吉成

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１３７４８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６４／３５

Ｂ０５Ｃ ５／００

Ｂ０５Ｄ １／２６

Ｂ０５Ｄ １／３６

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ３０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

造形物と、該造形物表面を着色している着色部分とを有する三次元構造物を、インクを堆積させてなる層を積層して形成する三次元構造物の形成装置であって、
少なくとも一走査する間に上記インクを吐出して一つの上記層を形成する記録ユニットと、
上記記録ユニットをメンテナンスするメンテナンスユニットと、
上記記録ユニットを制御する制御ユニットとを備え、
上記制御ユニットは、多層型のパターンデータに基づいて上記インクを堆積させて上記三次元構造物を造形する造形用吐出と、
上記記録ユニットが上記メンテナンスユニットによってメンテナンスを受ける位置を離れた位置から上記層の形成を開始する位置までの間において、上記多層型のパターンデータとは異なるデータに基づいて上記インクを予備的に吐出する予備的吐出と、を行うように上記記録ユニットを制御する、三次元構造物の形成装置。

【請求項2】

上記制御ユニットは、上記記録ユニットが上記少なくとも一走査毎に上記予備的吐出を行うように制御することを特徴とする請求項１に記載の、三次元構造物の形成装置。

【請求項3】

上記記録ユニットは、上記造形用吐出として、上記造形物を形成するための１つまたは複数の種類の造形物用インクと、上記着色部分を形成するための１つまたは複数の種類の着色部分用インクとを、それぞれに対応して設けたインクジェットヘッドから吐出し、
上記着色部分は、複数のノズル列から吐出される上記着色部分用インクの量により所望の色調を呈させるものであり、
上記制御ユニットは、上記記録ユニットが少なくとも１つの上記インクジェットヘッドからインクを予備的に吐出するように制御すると共に、少なくとも上記着色部分用インクに対して設けられた上記インクジェットヘッドからインクを予備的に吐出するように制御することを特徴とする請求項１または２に記載の、三次元構造物の形成装置。

【請求項4】

上記記録ユニットは、上記三次元構造物には含まれないサポート材インクを吐出し、上記少なくとも一走査毎に、上記層の外周に沿って該サポート材インクを堆積させ、
上記制御ユニットは、上記記録ユニットが上記予備的に吐出する上記インクを、上記サポート材インクの堆積領域内に堆積させるように制御することを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の、三次元構造物の形成装置。

【請求項5】

上記記録ユニットから吐出されるインクを堆積させるステージを更に備え、
上記記録ユニットが上記予備的に吐出する上記インクは、上記ステージに着弾することを特徴とする請求項１から４までの何れか１項に記載の、三次元構造物の形成装置。

【請求項6】

上記予備的に吐出するインクの単位面積当たりの吐出量は、一つの上記層を形成するために吐出するインクの単位面積当たりの吐出量よりも少ないことを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載の、三次元構造物の形成装置。

【請求項7】

造形物と、該造形物表面を着色している着色部分とを有する三次元構造物を、記録ユニットおよびメンテナンスユニットを備える、三次元造形物の形成装置を用いて、インクを堆積させてなる層を積層して形成する三次元構造物の形成方法であって、
多層型のパターンデータに基づいて、上記記録ユニットを少なくとも一走査させて、該少なくとも一走査させている間に該記録ユニットから上記インクを吐出して少なくとも一つの上記層を形成し、上記インクを堆積させて上記三次元構造物を造形する造形吐出工程と、
上記記録ユニットが上記メンテナンスユニットによってメンテナンスを受ける位置を離れた位置から上記層の形成を開始する位置の間において、上記多層型のパターンデータとは異なるデータに基づいて上記記録ユニットから上記インクを予備的に吐出する予備吐出工程とを含むことを特徴とする、三次元構造物の形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元構造物の形成装置および形成方法に関し、より詳細には、インクを堆積させて層を形成し、該層を積層することによって三次元構造物を形成する形成装置および形成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１にあるようなインクジェット法のほか、溶融物堆積法（ＦＤＭ：Fused Deposition Modeling）、インクジェットバインダ法、シート積層法、光造形法（ＳＬ：Stereo Lithography）、粉末焼結法（ＳＬＳ：Selective Laser Sintering）などを用いて、三次元構造物を造形する技術が知られている。

【0003】

なかでも、インクジェット法として、３Ｄプリンターによって紫外線硬化性樹脂を噴射しパターンを積層する方法が多用されている。この方法は、最終製品の外観内観のデザイン・機構等を三次元ＣＡＤによってデータ化した後、コンピュータによって該データをスライスして薄板を重ね合わせるような多層型のパターンデータを作成し、紫外線硬化性樹脂をパターンデータに則してヘッドより噴射して積層することにより三次元構造物を造形する。また、造形と同時に、フルカラー着色などの加飾（模様や色）を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−１８２９７号公報（２００１年１月２３日公開）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来周知のインクジェット法による立体造形に関して、本願発明者が、造形用のインク、および加飾用のインク（例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック等の着色インク）をインクジェット法によって吐出してカラー加飾された立体物を積層方式で造形してみると、三次元構造物を精度良く形成することができない場合があることが分かった。

【0006】

その原因を探ると、インクの吐出を開始した直後は吐出が不安定（吐出の滴量が規定量にならなかったり、吐出の方向が曲がる、吐出しない等）になり、それが層の厚み形成に支障をきたし、最終的な三次元構造物にも悪影響を及ぼすためであると解った。そこで、本願発明者らは、この知見に基づいて、形成精度を向上させる技術を見出し、本願発明を完成するに至った。

【0007】

すなわち、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高精度に三次元構造物を形成することができる形成装置および形成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】

【0008】

上記の課題を解決するために、本発明に係る、三次元構造物の形成装置は、造形物と、該造形物表面を着色している着色部分とを有する三次元構造物を、インクを堆積させてなる層を積層して形成する三次元構造物の形成装置であって、少なくとも一走査する間に上記インクを吐出して一つの上記層を形成する記録ユニットと、上記記録ユニットをメンテナンスするメンテナンスユニットと、上記記録ユニットを制御する制御ユニットとを備え、上記制御ユニットは、上記記録ユニットが上記メンテナンスユニットによるメンテナンスを受ける位置から上記層の形成を開始する位置までの間において上記インクを予備的に吐出するように制御することを特徴としている。

【0009】

上記の構成によれば、層の形成を開始時点から、所定の吐出条件でインクの吐出をおこなうことができ、高精度に三次元構造物を形成することができる形成装置を提供することができる。

【0010】

具体的には、本発明の上記の構成によれば、メンテナンスを受ける位置から層の形成を開始する位置までの間において、記録ユニットからインクを予備的に吐出する構成となっている。これにより、層形成の直前に、記録ユニットのインク吐出条件を上記層の形成に適した状態とすることができる。

【0011】

例えば、層形成のためにインクの吐出を開始するまでに、インクを吐出しない期間があると、記録ユニットのインクを吐出するノズル孔が乾燥するなどして、記録ユニットのインク吐出条件が不都合に変化する場合がある。しかしながら、本発明の上記の構成によれば、層形成前に予備的にインクを吐出するため、その予備的なインク吐出によって、記録ユニットのインクの吐出条件を最適なものとすることができる。これにより、最適なインク吐出条件のもとで層形成を開始することができる。

【0012】

よって、本発明に係る形成装置によれば、上記層を精度よく形成することができる。

【0013】

なお、これは、メンテナンス直後から層形成の開始時点までの間においても言えることである。すなわち、仮にメンテナンスによって記録ユニットが良好な状態となったとしても、吐出データが長時間無いインクジェットヘッドのノズル孔は、吐出を開始するまでの間に走査による空気の流れで乾燥してしまい、良好な状態は維持できない場合がある。そのような場合でも、本発明の上記の構成を具備することにより、層形成の開始時点においてインクを所定の吐出条件で吐出することができ、層を精度よく形成することができる。

【0014】

また本発明に係る、三次元構造物の形成装置の一形態は、上記の構成に加えて、上記制御ユニットは、上記記録ユニットが上記少なくとも一走査毎に上記インクを上記予備的に吐出するように制御している。

【0015】

上記の構成によれば、少なくとも一走査毎にインクの予備的吐出をおこなうことから、層の形成をより一層精度良くおこなうことが可能となる。

【0016】

また本発明に係る、三次元構造物の形成装置の一形態は、上記の構成に加えて、上記記録ユニットは、上記インクとして、上記造形物を形成するための１つまたは複数の種類の造形物用インクと、上記着色部分を形成するための１つまたは複数の種類の着色部分用インクとを、それぞれに対して設けたインクジェットヘッドから吐出し、上記制御ユニットは、上記記録ユニットが少なくとも１つの上記インクジェットヘッドからインクを予備的に吐出するように制御する。

【0017】

また本発明に係る、三次元構造物の形成装置の一形態は、上記の構成に加えて、上記制御ユニットは、上記記録ユニットが、上記着色部分用インクに対して設けられた上記インクジェットヘッドからインクを予備的に吐出するように制御する。

【0018】

上記の構成によれば、着色部分を構成するためのインクを予備的に吐出するため、三次元構造物の色調を高精度に制御し、所望の色調の三次元構造物を提供することができる。

【0019】

また本発明に係る、三次元構造物の形成装置の一形態は、上記の構成に加えて、上記記録ユニットは、上記三次元構造物には含まれないサポート材インクを吐出し、上記少なくとも一走査毎に、上記層の外周に沿って該サポート材インクを堆積させ、上記制御ユニットは、上記記録ユニットが上記予備的に吐出する上記インクを、上記サポート材インクの堆積領域内に堆積させるように制御する。

【0020】

上記の構成によれば、サポート材インクの堆積物内に、予備的に吐出したインクを堆積させるため、サポート材インクの堆積物を除去する際に予備的に吐出したインクも同時に除去することができる。これにより、予備的に吐出したインクを別途、除去する必要がなくなり、形成過程を簡素化することができる。

【0021】

また本発明に係る、三次元構造物の形成装置の一形態は、上記の構成に加えて、上記記録ユニットから吐出されるインクを堆積させるステージを更に備え、上記記録ユニットが上記予備的に吐出する上記インクは、上記ステージに着弾する構成となっていてもよい。

【0022】

上記の構成によれば、予備的に吐出するインクを、三次元構造物を形成するステージに着弾させている。これにより、メンテナンスユニット上で予備的にインクを吐出する場合に比べ、三次元構造物の近傍に予備的にインクを吐出することができるため、記録ユニットのノズルの乾燥を抑制し、吐出の不具合をより一層抑制することができる。

【0023】

また本発明に係る、三次元構造物の形成装置の一形態は、上記の構成に加えて、上記予備的に吐出するインクの単位面積当たりの吐出量は、一つの上記層を形成するために吐出するインクの単位面積当たりの吐出量よりも少ない構成となっていてもよい。

【0024】

上記の構成によれば、予備的に吐出するインクを少なくすることにより、インクの消費量を抑えることができる。

【0025】

上記の課題を解決するために、本発明に係る、三次元構造物の形成方法は、造形物と、該造形物表面を着色している着色部分とを有する三次元構造物を、記録ユニットおよびメンテナンスユニットを備える、三次元造形物の形成装置を用いて、インクを堆積させてなる層を積層して形成する三次元構造物の形成方法であって、上記記録ユニットを少なくとも一走査させて、該少なくとも一走査させている間に該記録ユニットから上記インクを吐出して少なくとも一つの上記層を形成する記録工程と、上記記録ユニットが上記メンテナンスユニットによってメンテナンスを受ける位置から上記層の形成を開始する位置の間において、上記記録ユニットから上記インクを予備的に吐出する予備吐出工程とを含むことを特徴としている。

【0026】

上記の構成によれば、層の形成を開始時点から、所定の吐出条件でインクの吐出をおこなうことができ、高精度に三次元構造物を形成することができる形成装置を提供することができる。

【0027】

具体的には、本発明の上記の構成によれば、メンテナンスを受ける位置から層の形成を開始する位置までの間において、記録ユニットからインクを予備的に吐出する構成となっている。これにより、層形成の直前に、記録ユニットのインク吐出条件を上記層の形成に適した状態とすることができる。

【0028】

例えば、層形成のためにインクの吐出を開始するまでに、インクを吐出しない期間があると、記録ユニットのインクを吐出するノズル孔が乾燥するなどして、記録ユニットのインク吐出条件が不都合に変化する場合がある。しかしながら、本発明の上記の構成によれば、層形成前に予備的にインクを吐出するため、その予備的なインク吐出によって、記録ユニットのインクの吐出条件を最適なものとすることができる。これにより、最適なインク吐出条件のもとで層形成を開始することができる。

【0029】

よって、本発明に係る形成装置によれば、上記層を精度よく形成することができる。

【0030】

なお、これは、メンテナンス直後から層形成の開始時点までの間においても言えることである。すなわち、仮にメンテナンスによって記録ユニットが良好な状態となったとしても、吐出データが長時間無いインクジェットヘッドのノズル孔は、吐出を開始するまでの間に走査による空気の流れで乾燥してしまい、良好な状態は維持できない場合がある。そのような場合でも、本発明の上記の構成を具備することにより、層形成の開始時点においてインクを所定の吐出条件で吐出することができ、層を精度よく形成することができる。

【発明の効果】

【0031】

本発明によれば、層の形成前に予備的にインクを吐出することにより、層の形成時に安定したインク吐出をおこなうことができ、高精度に三次元構造物を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】（ａ）は、本発明に係る、三次元構造物を形成する形成装置の一形態によって形成される三次元構造物の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の部分矢視断面図である。

【図2】本発明に係る、三次元構造物を形成する形成装置の一形態を示した図である。

【図3】図２に示す形成装置の一部である記録ユニットの下面を示した図である。

【図4】図２に示す形成装置を用いた形成過程の途中の状態を示した図である。

【図5】図２に示す形成装置を用いた形成過程において形成される複数の層のうちの或る一つの層およびその周辺を示す平面図である。

【図6】図２に示す形成装置を用いた形成過程の一部の変形例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

〔実施形態１〕
本発明の一実施形態に係る、三次元構造物の形成装置および形成方法について説明するが、先ずは、本実施形態における形成装置および形成方法によって形成される三次元構造物の概要を説明する。

【0034】

（１）三次元構造物の概要
図１は、本実施形態が提供する三次元構造物を示す図である。図１の（ａ）は、三次元構造物の外観図であり、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）の切断線Ａ−Ａ´における三次元構造物の矢視断面の一部分を示す図である。

【0035】

図１に示す三次元構造物５は、上面、下面、および側面が略平面であり、且つ側面から上面にかけて湾曲面であり、また側面から下面にかけて湾曲面である、水平断面が楕円形を有する略円柱形状を有している。なお、三次元構造物の形状は、図１に示す形状に限定されるものではなく、例えば後述する六面体のほか、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であってよい。

【0036】

三次元構造物５は、その表層側（外周側）から内側（中心部側）に向かって、第２の透明層４と、着色剤（着色インク）を含むインクによって形成された着色層３と、透明インクによって形成された第１の透明層２（図１の（ｂ））と、白色インク、あるいは光反射性を有するインクから形成された光反射層１（図１の（ｂ））と、造形本体部分を構成する造形層Ｍ（図１の（ｂ））とがこの順番で形成されている。すなわち、三次元構造物５は、中心部に在る造形層Ｍを、光反射層１と、第１の透明層２と、着色層３と、第２の透明層４とがこの順でコーティングしている。

【0037】

なお、本実施形態では、造形層Ｍと光反射層１とを併せて「造形本体部分（造形物）」とみなし、この造形本体部分の表面を、第１の透明層２と、着色層３と、第２の透明層４とを有する「着色部分」が覆っているとみなす。しかしながら、造形本体部分（造形物）は、造形層Ｍのみによって構成されてもよいし、あるいは、造形層Ｍを設けずに光反射層１のみで造形本体部分（造形物）を構成してもよい。また、造形本体部分には空洞が設けられていてもよい。

【0038】

また、第１の透明層２を造形本体部分（造形物）の一部とみなしてもよい。また、この場合に、着色層３と、第２の透明層４とを着色部分とみなすことができる。

【0039】

また、着色層３のみを着色部分とみなしてもよい。

【0040】

造形層Ｍと、光反射層１と、第１の透明層２と、着色層３と、第２の透明層４とは、いずれも、後述する本実施形態の形成装置６０（図２）を用いてインクジェット法を用いてインクを吐出し、これを堆積することによって形成されている。

【0041】

上記インクとしては、紫外線硬化型インクを用いることができる。紫外線硬化型インクを用いれば、短時間で硬化できるため、積層させることが容易であり、三次元構造物をより短時間で製造することができるというメリットがある。紫外線硬化型インクは紫外線硬化型化合物を含む。紫外線硬化型化合物としては、紫外線を照射した際に硬化する化合物であれば限定されない。紫外線硬化型化合物としては、例えば、紫外線の照射により重合する硬化型モノマー及び硬化型オリゴマーが挙げられる。硬化型モノマーとしては、例えば、低粘度アクリルモノマー、ビニルエーテル類、オキセタン系モノマーまたは環状脂肪族エポキシモノマー等が挙げられる。硬化型オリゴマーとしては、例えば、アクリル系オリゴマーが挙げられる。

【0042】

なお、本発明は紫外線硬化型インクに限定されるものではなく、例えば熱可塑性インクを用いることができる。熱可塑性インクを用いれば、吐出された加熱インクが室温に冷却することによって硬化する。このとき、より短時間で硬化させるために強制的に冷却する手法を用いてもよい。

【0043】

図１の（ｂ）に示す三次元構造物５の断面は、図１の（ａ）に示すＸＹＺ座標系に関して、三次元構造物５の中央位置においてＹＺ平面に沿った断面を模式的に描いたものである。

【0044】

三次元構造物５は、図１の（ｂ）に示すように、複数の層５ａ（１）、５ａ（２）、５ａ（３）、５ａ（４）、５ａ（５）…をインクジェット法を用いて積層する積層方式によって立体造形された構造体である。なお、図面には、積層方向に沿った軸をＺ軸とする座標系を示している。この座標系において、各層５ａ（１）、５ａ（２）、５ａ（３）、５ａ（４）、５ａ（５）…は、それぞれＸＹ軸平面に沿って広がっている。なお、積層する層の総数は特に制限はない。

【0045】

先述のように中心部に在る造形層Ｍから、表層側に向かって、光反射層１と、第１の透明層２と、着色層３と、第２の透明層４とがこの順で造形層Ｍをコーティングした三次元構造物５を、図１の（ｂ）のようにＺ軸方向に複数の層にスライスしたかたちで得られる層５ａ（１）、５ａ（２）、５ａ（３）、５ａ（４）、５ａ（５）…にはそれぞれ、その積層位置に応じて、造形層Ｍの一部分（以下、造形層の一部分５０）、光反射層１の一部分（以下、光反射層の一部分５１）、第１の透明層２の一部分（以下、第１の透明層の一部分５２）、着色層３の一部分（以下、着色層の一部分５３）または第２の透明層４の一部分（以下、第２の透明層の一部分５４）を含む。

【0046】

具体的には、図１の（ｂ）に示すように、複数の層５ａ（１）…のうち、最下位置に在る層５ａ（２０）と、最上位置に在る層５ａ（１）を、第２の透明層の一部分５４のみからなる層とする。そして、これらの層５ａ（１）、５ａ（２０）の対向側（内側）にそれぞれ、第２の透明層の一部分５４が着色層の一部分５３の外周に形成された層５ａ（２）、５ａ（１９）を配置する。さらにその内側に、外周端から中央に向かって第２の透明層の一部分５４、着色層の一部分５３および第１の透明層の一部分５２がこの順で形成された層５ａ（３）、５ａ（１８）を配置する。さらにその内側に外周端から中央に向かって第２の透明層の一部分５４、着色層の一部分５３、第１の透明層の一部分５２および光反射層１の一部分５１がこの順で形成された層５ａ（４）、５ａ（１７）を配置する。そして、これらに挟まれる中間領域を、外周端から中央に向かって第２の透明層の一部分５４、着色層の一部分５３、第１の透明層の一部分５２、光反射層の一部分５１および造形層の一部分５０がこの順で形成された層（図１の（ｂ）では層５ａ（５）…５ａ（１６））を配置する。そして、インクジェット法を用いて最下位置に在る層５ａ（２０）からＺ軸方向を上方に向かって最後の最上位置に在る層５ａ（１）に至るまでを積層方式で形成することによって、図１の（ｂ）に示す積層構造を実現することができる。なお、これら各種の層の配設数は図１の（ｂ）に示したものに限定されるものではない。また、図１の（ａ）に示す三次元構造物５を積層方式によって立体造形するものであれば、各層５ａ（１）…の構成は上述したものに限定されない。

【0047】

図１の（ｂ）に示すように複数の層５ａ（１）、５ａ（２）、５ａ（３）、５ａ（４）、５ａ（５）…がＺ軸方向に積層されていることにより、各層５ａ（１）、５ａ（２）、５ａ（３）、５ａ（４）、５ａ（５）…の第２の透明層の一部分５４が概ね三次元構造物５の最外周表面方向に連なって、第２の透明層４を形成している。また、着色層の一部分５３を含んでいる各層５ａ（２）、５ａ（３）、５ａ（４）、５ａ（５）…の着色層の一部分５３が概ね三次元構造物５の最外周表面方向に連なって、着色層３を形成している（図１（ｂ）には、巨視的に見た着色画像面を破線で示している）。また、第１の透明層の一部分５２を含んでいる各層５ａ（３）、５ａ（４）、５ａ（５）…の第１の透明層の一部分５２が概ね三次元構造物５の最外周表面方向に連なって、第１の透明層２を形成している。また、光反射層の一部分５１を含んでいる各層５ａ（４）、５ａ（５）…の光反射層の一部分５１が概ね三次元構造物５の最外周表面方向に連なって、光反射層１を形成している。また、造形層の一部分５０を含んでいる各層５ａ（５）、５ａ（６）…の造形層の一部分５０が積層されて造形層Ｍを形成している。

【0048】

（２）形成装置
図２は、本実施形態における、三次元構造物の形成装置（以下、形成装置と記載する）の主要構成を示した図である。なお、図２には、形成途中の三次元構造物５も併せて図示している。

【0049】

本実施形態の形成装置６０は、造形本体部分（造形物）とその表面を着色している着色部分とを含む先述した三次元構造物５を図１の（ｂ）に示した積層構造体として積層方式により形成する装置である。本実施形態の形成装置６０は、図２に示すように、記録ユニット１０と、制御ユニット２０、メンテナンスユニット３０、基台４０とを備えている。

【0050】

（２−１）記録ユニット１０
記録ユニット１０は、先述した三次元構造物５を積層方式で形成するべく、インクジェット法を用いて先述したインクを吐出するとともに、吐出したインクを硬化させるためのユニットである。

【0051】

図３は、記録ユニット１０の具体的構成を図示したものであり、記録ユニット１０のインク吐出面（下面）を示している。記録ユニット１０は、図３に示すように、キャリッジ１３と、インクジェットヘッド１１と、ＵＶ照射部１２とを有している。

【0052】

（２−１−１）キャリッジ１３
キャリッジ１３は、Ｙ軸に沿って往復移動可能であり、インクジェットヘッド１１およびＵＶ照射部１２を搭載している。キャリッジ１３の移動は、後述する制御ユニット２０によって制御される。

【0053】

（２−１−２）インクジェットヘッド１１
インクジェットヘッド１１は、インクジェット法を用いて先述したインクを吐出する。具体的には、インクジェットヘッド１１は、図３に示すように、第１インクジェットヘッドノズル部１１Ａと、第２インクジェットヘッドノズル部１１Ｂと、第３インクジェットヘッドノズル部１１Ｃを有している。

【0054】

第１インクジェットヘッドノズル部１１Ａは、図１の（ｂ）に示した三次元構造物５の一部である造形本体部分（造形物）（図１の（ｂ）に示した造形層の一部分５０と光反射層の一部分５１）を形成するための造形材であるインクを吐出する。本実施形態では、造形材として、造形層Ｍ（造形層の一部分５０）を形成するための造形インクと、光反射層１（光反射層の一部分５１）を形成するための白色インクとを用いる。そのため、第１インクジェットヘッドノズル部１１Ａには、造形インクを吐出する造形インク用ノズル列ＭＡＩＮと、白色インクを吐出する白色インク用ノズル列Ｗとを有している。造形インクには、従来周知の造形インクを用いることができるが、白色インク用ノズル列Ｗから吐出する白色インクや、後述する透明インク用ノズル列ＣＬから吐出する透明インクを用いることも可能である。

【0055】

第２インクジェットヘッドノズル部１１Ｂは、図１の（ｂ）に示した三次元構造物５の一部である着色部分（図１の（ｂ）に示した第１の透明層の一部分５２、着色層の一部分５３、第２の透明層の一部分５４）を形成するための着色材であるインクを吐出する。本実施形態では、着色材として、イエローインク、マゼンタインク、シアンインク、ブラックインクおよび透明インクとを用いる。そのため、第２インクジェットヘッドノズル部１１Ｂには、イエローインクを吐出するイエローインク用ノズル列Ｙと、マゼンタインクを吐出するマゼンタインク用ノズル列Ｍと、シアンインクを吐出するシアンインク用ノズル列Ｃと、ブラックインクを吐出するブラックインク用ノズル列Ｋと、透明インクを吐出する透明インク用ノズル列ＣＬとが設けられている。

【0056】

第３インクジェットヘッドノズル部１１Ｃは、先述の三次元構造物には構成されないサポート材であるインクを吐出する。そのため、第３インクジェットヘッドノズル部１１Ｃには、光硬化型のサポート材インクを吐出するサポート材インク用ノズル列Ｓが設けられている。

【0057】

ここで、サポート材とは、三次元構造物には構成されないものであるが、三次元構造物の形成過程において三次元構造物を支持あるいは保持するためのものである。支持の一例を挙げると、図１に示す三次元構造物５は、その下半分の形状が、積層方向にしたがって層の径が徐々に拡がった形状を有している。例えば、図１の（ｂ）に示す最下位置にある層５ａ（２０）とその上に積層されている層５ａ（１９）との関係をみてみると、上層である層５ａ（１９）のほうがＸＹ軸平面方向のサイズが大きく、その外周端部が、下層である層５ａ（２０）の外周端部よりも張り出した構造となっている。

【0058】

この構造をインクジェット法を用いてインクを堆積しながら形成する際、三次元構造物だけを形成しようとすると、その張り出した部分の直下に該部分を支える下層がなく、インクは該張り出した部分を形成できずに落下してしまう。そこで、この支えとして機能するのが、サポート材である。要するに、インクが堆積してなるインク堆積物の上に更にインクを堆積させながら層を積層する方式において、下にインク堆積物が無い場合には、このサポート材を用いてサポート材の上に三次元構造物を構成するためのインクを堆積させる。このサポート材を用いた形成方式は、張り出した部分を形成する場合のほかに、アーチ状の構造物を形成する場合にも用いることができる。

【0059】

サポート材は、他の機能として、各層５ａ（１）…の外周端部にインクを堆積させる際に該インクが更に外側に不都合に拡がることがないように堰き止める堰き止め機能を有する。そのため、張り出した部分を持たない層を形成する場合にも、該層を積層する際に、該層の外周にサポート材を形成する。

【0060】

サポート材は、後工程において除去される。サポート材インクは、水溶性の紫外線硬化樹脂などの従来周知のものを用いることができる。

【0061】

第１インクジェットヘッドノズル部１１Ａに具備される複数のノズル列と、第２インクジェットヘッドノズル部１１Ｂに具備される複数のノズル列と、第３インクジェットヘッドノズル部１１Ｃに具備されるノズル例とは、記録ユニット１０の走査方向（Ｙ軸方向）に沿って配列している。すなわち、図３に示すように、イエローインク用ノズル列Ｙと、マゼンタインク用ノズル列Ｍと、シアンインク用ノズル列Ｃと、ブラックインク用ノズル列Ｋと、透明インク用ノズル列ＣＬと、白色インク用ノズル列Ｗと、造形インク用ノズル列ＭＡＩＮと、サポート材インク用ノズル列Ｓとが、この順でＹ軸方向に沿って配列している。

【0062】

なお、各ノズル列は、図３に示すように複数のノズル孔をＸ軸方向に配列している。これら複数のノズル孔の一部のノズル孔のみからインクを吐出することがあってもよい。また、ノズル列の配列順や数も、図３に示すものに限定されない。

【0063】

記録ユニット１０は、これら複数のノズル列各々をキャリッジ１３に搭載しているため、キャリッジ１３の移動に伴うＹ方向への移動時に複数のノズル列から紫外線硬化型インクをＺ軸方向に吐出（滴下）することが可能となっている。

【0064】

（２−１−３）ＵＶ照射部１２
ＵＶ照射部１２は、インク硬化用の光源を有した複数の照射器１２Ａを有しており、これをキャリッジ１３に搭載されている。具体的には、ＵＶ照射部１２は、Ｙ軸方向に沿って配列した３つの照射器１２Ａを有している。キャリッジ１３には、図３の紙面右側から左側に向かってＹ軸方向に沿って、照射器１２Ａ、第３インクジェットヘッドノズル部１１Ｃ、第１インクジェットヘッドノズル部１１Ａ、照射器１２Ａ、第２インクジェットヘッドノズル部１１Ｂ、照射器１２Ａがこの順で配列している。このように、全てのノズル列がＹ方向に配列して設けられているため、一回のＹ方向への移動で一層を構成する全てのインクを吐出することが可能であるとともに、吐出と同時に紫外線照射もおこなうため、吐出と硬化とを同じタイミングでおこなうことができる。

【0065】

（２−２）制御ユニット２０
制御ユニット２０は、図２に示すように、吐出制御部２１と、照射制御部２２と、移動制御部２３とを有している。

【0066】

吐出制御部２１は、記録ユニット１０の第１インクジェットヘッドノズル部１１Ａと、第２インクジェットヘッドノズル部１１Ｂと、第３インクジェットヘッドノズル部１１Ｃとからのインク吐出を制御するためにある。インク吐出を制御することにより、吐出タイミング、吐出滴量、および吐出力などを適切なものに調整することができる。吐出タイミングは、図示しない電源からのインクジェットヘッド１１への電圧印加タイミングを制御することによっておこない、吐出滴量および吐出力は、インクジェットヘッド１１のインクを吐出するノズルへの電圧印加量を制御することによりおこなう。

【0067】

吐出制御部２１には、図示しない記憶部が設けられており、この記憶部には、三次元構造物の形状データ（着色部分を形成するための入力データも含む）等が記憶される。三次元構造物の形状データとは、最終製品の外観内観のデザイン・機構等を三次元ＣＡＤによってデータ化した後、コンピュータによって該データをスライスして薄板を重ね合わせるような多層型のパターンデータである。なお、この三次元構造物の形状データは、吐出制御部２１の外部から取得するものであってもよいし、記憶部に予め記憶されているものであってもよいし、あるいは、吐出制御部２１の外部から取得した情報に基づいて吐出制御部２１が生成するものであってもよい。また、本実施形態では、このパターンデータに、サポート材の形成データも含まれているものとする。

【0068】

吐出制御部２１は、このパターンデータに基づいて、インクジェットヘッド１１の第１インクジェットヘッドノズル部１１Ａ、第２インクジェットヘッドノズル部１１Ｂおよび第３インクジェットヘッドノズル部１１Ｃのノズル列のノズルからのインクの吐出、その吐出量およびその吐出力を制御する。

【0069】

更に、本実施形態において特徴的なのは、この吐出制御部２１が、パターンデータとは異なるデータに基づいて、三次元構造物を形成する領域の外において、第１インクジェットヘッドノズル部１１Ａ、第２インクジェットヘッドノズル部１１Ｂおよび第３インクジェットヘッドノズル部１１Ｃの全ノズル列の全ノズルから、予備的にインクを吐出するように、インクジェットヘッド１１を制御することにある。

【0070】

この予備的にインクを吐出するためのデータ（以下、予備吐出データ）には、予備的にインクを吐出するタイミング、吐出滴量および吐出力等に関する情報が含まれている。

【0071】

この予備吐出データは、吐出制御部２１の外部から取得するものであってもよいし、記憶部に予め記憶されているものであってもよいし、あるいは、吐出制御部２１の外部から取得した情報に基づいて吐出制御部２１が生成するものであってもよい。

【0072】

吐出制御部２１では、上記パターンデータと、上記予備吐出データとを統合した一つの統合データを作成し、この統合データに基づいて、第１インクジェットヘッドノズル部１１Ａ、第２インクジェットヘッドノズル部１１Ｂおよび第３インクジェットヘッドノズル部１１Ｃからのインク吐出を制御する。

【0073】

照射制御部２２は、記録ユニット１０のＵＶ照射部１２のＵＶ照射を制御するためにある。

【0074】

移動制御部２３は、記録ユニット１０のキャリッジ１３の移動（走査）を制御するためにある。

【0075】

（２−３）メンテナンスユニット３０
メンテナンスユニット３０は、記録ユニット１０のインクジェットヘッド１１をメンテナンスするためにある。具体的には、インクジェットヘッド１１に設けられた第１インクジェットヘッドノズル部１１Ａ、第２インクジェットヘッドノズル部１１Ｂおよび第３インクジェットヘッドノズル部１１Ｃのノズル吐出面に対して、メンテナンスユニット３０は、ワイピング、キャッピング、および各ノズル列からのインクのフラッシングのうちの少なくとも１つをおこなう。なお、従来周知のインクジェット法を用いたインク吐出装置に設けられたメンテナンス機構を採用することができる。

【0076】

メンテナンスユニット３０は、図２に示すように、記録ユニット１０が三次元構造物を形成する領域から離れた箇所に配設されている。記録ユニット１０は、三次元構造物を形成していない間に、移動制御部２３による制御を受けて該箇所に移動して、メンテナンスユニット３０からメンテナンスを受ける。メンテナンスユニット３０は、記録ユニット１０のＹ軸方向の走査経路上に配設されていることが好ましい。本実施形態では、メンテナンスユニット３０が、記録ユニット１０がＹ軸方向に沿って正方向に移動する先に在るように配設されている。

【0077】

メンテナンスユニット３０によるメンテナンスを受けた記録ユニット１０は、Ｙ軸方向を負方向に移動（走査）し、基台４０の上方を通過する間に、吐出制御部２１による制御を受けて所定のタイミングで所定のインク列の所定のノズルからインクを吐出する。

【0078】

本実施形態では、記録ユニット１０が一走査する間、すなわち、記録ユニットが、メンテナンスユニット３０によるメンテナンスを受けた位置から、Ｙ軸方向を負方向に一走査することによって、図１の（ｂ）に示した１つの層５ａ（１）…を形成することができる。

【0079】

本実施形態では、メンテナンスユニット３０は、記録ユニット１０が三次元構造物の形成を開始する、すなわち最下位置にあたる層５ａ（２０）を形成する前に記録ユニット１０をメンテナンスする。なお、メンテナンスユニット３０によるメンテナンスは、このときだけに限らない。例えば、形成装置６０の電源スイッチがオンされた立上げ時に実行してもよい。

【0080】

（２−４）基台４０
基台４０は、記録ユニット１０のインクジェットヘッド１１から吐出されたインクを堆積させるプレート状のステージである。基台４０上に、図２に示すように三次元構造物５が形成されるとともに、先述した予備的に吐出されたインクが堆積する。

【0081】

基台４０の上面に記録ユニット１０の下面を対向配置し、先述のように、記録ユニット１０をＹ軸方向に往復移動させてその移動中にインクを吐出させることにより、基台４０の上面に沿って広がる層５ａ（２０）を最下位置の層として、複数層（本実施形態では全２０層）積層することができる。

【0082】

なお、本実施形態では、基台４０の位置は固定されており、記録ユニット１０のみが移動する態様について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、記録ユニット１０と、基台４０との相対位置が所定の方向に変化すればよいため、記録ユニット１０がＸＹＺ座標系において所定の方向に移動してもよいし、基台４０をＸＹＺ座標系において所定の方向に移動させてもよく、どちらがおこなってもよい。

【0083】

（３）形成方法（形成装置の動作）
以下に、形成装置６０の動作と併せて、本実施形態の三次元構造物５の形成方法を説明する。図４は、図２の一部を拡大して示した図である。

【0084】

本実施形態の形成方法の特徴としては、記録ユニット１０がメンテナンスユニット３０によるメンテナンスを受けた位置から、記録ユニット１０が三次元構造物を構成する層５ａ（２０）…の形成を開始するまでの間に、層形成に用いるインクを記録ユニット１０から予備的に吐出する予備吐出工程を含む点にある。「予備的に吐出」とは、層５ａ（２０）…を形成する前に、層５ａ（２０）…の形成に用いるインクを層５ａ（２０）…を形成しない箇所（領域）に吐出するという意味である。

【0085】

本実施形態の形成方法について、図１の（ｂ）に示す上から五層目の層５ａ（５）を記録ユニット１０が形成する過程を示した図４を用いて説明する。

【0086】

図４では、記録ユニット１０が、メンテナンスを受ける位置からＹ軸方向を負方向に沿った一走査を開始して、層５ａ（６）の上に更に層５ａ（５）を積層しようとする段階を図示している。層５ａ（５）を形成するためにおこなう一走査中において、層５ａ（５）の形成を開始する前、より具体的には層５ａ（５）の中でも最も先に形成されるサポート材の一部分６６が形成される前に、予備吐出工程をおこなう。

【0087】

予備吐出工程では、記録ユニット１０の第１インクジェットヘッドノズル部１１Ａ、第２インクジェットヘッドノズル部１１Ｂ、および第３インクジェットヘッドノズル部１１Ｃの各インク列の全ノズルからインクを吐出する。吐出された各種インクは、層５ａ（５）（正確には、層５ａ（５）が形成される予定の領域）よりもＹ軸方向の正方向側において、基台４０に着弾する（図４中の予備吐出堆積物７）。

【0088】

予備吐出後に、更に記録ユニット１０の走査位置が進み、形成済みの層５ａ（６）の外周に形成されたサポート材の一部分６６の上に、層５ａ（５）の外周に相当する位置にサポート材の一部が積層され、続いて、Ｙ軸方向を負方向に沿って、第２の透明層の一部分５４、着色層の一部分５３、第１の透明層の一部分５２、光反射層の一部分５１および造形層の一部分５０が形成され、層５ａ（５）のうち、Ｙ軸方向の最も負側の端部を構成する第２の透明層の一部分５４を形成して、一つの層５ａ（５）が完成する。そして引き続いて、層５ａ（５）の外周にサポート材の一部分６６を形成して、一走査が完了する。

【0089】

本実施形態では、一つの層５ａ（５）を完成させてＹ軸方向の負側において一走査を終えた記録ユニット１０は、Ｙ軸方向を正方向に移動して、その移動の間に、層５ａ（５）の上に図示しない層５ａ（４）（図１の（ｂ））を積層する記録工程をおこなう。

【0090】

そして、層５ａ（４）およびその外周のサポート材の一部分６６の形成が完了すると、記録ユニット１０は、層５ａ（３）の形成開始（正確には、層５ａ（３）の外周のサポート材の一部分６６の形成開始）前に、先述と同様に予備吐出工程をおこない、インクを予備的に吐出した後に、層５ａ（３）の形成（正確には、層５ａ（３）の外周のサポート材の一部分６６の形成）を開始する。

【0091】

なお、積層が進み、適当なタイミングで、記録ユニット１０は、Ｚ軸方向を負方向に沿って移動する。

【0092】

本実施形態では、予備吐出工程は、記録ユニットがメンテナンスを受ける位置から層形成を開始する位置までを走査する間に毎回、あるいは複数層の形成毎に１回におこなわれ、複数の層５ａ（２０）…が積層されていくにつれ、予備吐出工程において吐出されたインクが着弾して堆積した予備吐出堆積物７が、基台４０上に形成される。

【0093】

なお、図４では、予備吐出堆積物７が一つに纏まって存在しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、散在していても構わないが、最終的に基台４０から除去するものであるため、これを考慮すれば、一つに堆積しているか幾つかに纏まって在るほうが除去し易く好ましい。

【0094】

また、本実施形態では、予備吐出したインクを基台４０上に堆積させているが、基台４０の外、あるいは基台４０に穴を設けて、基台４０に着弾させずに、基台４０の下方に落としても良い。

【0095】

予備吐出工程において予備的にインクを吐出する吐出タイミングは、例えば、記録ユニット１０（より具体的には各インクジェットヘッドノズル部）と、基台４０との相対位置によって決定することができる。例えば記録ユニット１０の位置をセンシングして、図４の予備吐出堆積物７の領域の上方に記録ユニット１０が在るときに、全ノズルからインクを吐出する構成とすることができる。

【0096】

あるいは、タイミングチャートを制御ユニット２０（図２）が予め有しており、一走査を開始してから所定の時間を経過したときに、全ノズルからインクを吐出する構成とすることもできる。この態様のほうが、相対位置をセンシングする態様よりもセンシングに関連する部品を付属させる必要がなく、形成装置全体のサイズの小型化を図ることができる。

【0097】

予備吐出工程においてインクを予備的に吐出することによって、層形成のために吐出するインクの吐出条件を、所定の条件に合致させることができ、所望の層を形成することができるという効果を奏する。

【0098】

記録ユニット１０がメンテナンスを受ける位置から層形成開始位置までの間に少しでも時間があくと、記録ユニット１０のノズルからインク溶媒が蒸発してインクの粘度が上がってしまうなどの不都合が生じ、これにより、いざ層形成を開始すると、所定の条件でインクが吐出されない虞がある。具体的には、インク吐出滴量、インク吐出方向、インク吐出力などが所定の条件でおこなわれない虞がある。これに対して、本実施形態の形成方法では、層の形成に先だって、予備的にインクを吐出することによって、インク吐出条件を整え、層の形成を所定の条件で精度良くおこなうことを可能にしている。

【0099】

また、インク吐出条件は、層の形成開始の直前に整えることが好ましい。なぜなら、整えてからまた時間が空けば、吐出条件がずれる原因になってしまうからである。そこで、インクを予備的に吐出する箇所は、サポート材６（サポート材の一部分６６）に極力近い位置であることが好ましい。ただし、図１に示す本実施形態が提供する三次元構造物５は、側面が外側に膨らんでいることから、図４のように、側面のうちの最も膨らんだ箇所を構成する層の外周に形成されるサポート材の一部分よりも外側であって、且つ、該サポート材の一部分の近傍にインクを予備的に吐出することが好ましい。ここで、図５は、上述の各工程を経て形成された層５ａ（５）の上面図を示しており、説明の便宜上、層５ａ（５）の外周に形成されるサポート材の一部分６６、および予備的に吐出したインクの予備吐出堆積物７も併せて図示している。図５のように、予備的に吐出されるインクは、層５ａ（５）の外周に形成されるサポート材の一部分６６の、Ｙ軸に沿って正方向側の近傍に堆積している。

【0100】

なお、予備的に吐出するインクの吐出滴量、吐出方向、吐出力は、何れも、制御ユニット２０の吐出制御部２１が制御する。

【0101】

ここで、本実施形態では、予備吐出工程において記録ユニット１０の第１インクジェットヘッドノズル部１１Ａ、第２インクジェットヘッドノズル部１１Ｂ、および第３インクジェットヘッドノズル部１１Ｃの各インク列の全ノズルからインクを予備的に吐出する態様を説明している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、一部のノズル列のみからインクを予備的に吐出する態様であってもよい。

【0102】

また、このように一部のノズル列のみからインクを予備的に吐出する態様の場合には、着色部分を構成するインク、具体的には、第２インクジェットヘッドノズル部１１Ｂに構成されるノズル列のノズルからインクを予備的に吐出することが好ましい。その理由は、本実施形態の三次元構造物５が呈する色調を着色部分が決定しているからである。着色部分を構成するインクの吐出条件が所定の吐出条件から外れると所定の色調を呈すことができなくなるため、着色部分を構成するインクを吐出する第２インクジェットヘッドノズル部１１Ｂに構成されるノズル列のノズルは、少なくともインクの予備吐出をおこなうことが望ましい。

【0103】

ここで、予備的に吐出するインクの単位面積当たりの吐出量は、各層５ａ（１）…を形成するために吐出するインクの単位面積当たりの吐出量よりも少ない構成とする。予備的に吐出するインクは、いわゆる無駄に消費されるインクであることから、その消費量を極力する無くすることによって、無駄な消費を抑えることができる。例えば、予備的に吐出するインクの単位面積当たりの吐出量は、各層５ａ（１）…を形成するために吐出するインクの単位面積当たりの吐出量の８０％以下、好ましくは５０％以下とすることが好ましい。

【0104】

なお、図４を用いて説明した予備吐出工程では、予備吐出するまえにメンテナンスユニット３０によるメンテナンスは受けていない。メンテナンスを受けることは必須でない。本発明の本質は、メンテナンスユニット３０の位置から、層形成を開始する位置までの間に予備的にインクを吐出することにあり、予備的にインクを吐出する度に、その直前にメンテナンスをおこなう必要はない。

【0105】

なお、本実施形態の制御ユニット（特に吐出制御部２１、照射制御部２２および移動制御部２３）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。後者の場合、形成装置６０は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

【0106】

（４）三次元構造物のその他
三次元構造物５に関して、上記では概要のみを説明したので、三次元構造物５のその他の構成について図１の（ｂ）を用いて以下に説明する。

【0107】

各層５ａ（１）…のＺ方向の厚さ（高さ）は、積層数等により適宜設定することができる。本実施形態ではインクジェット法を用いて積層するため、その積層方法において実現可能な層５ａ（１）…のＺ方向の厚さを考慮すれば良い。１つの層５ａ（１）…のＺ方向の厚さは主に着色層３の減法混色による多色形成に適切な値で５μｍ〜５０μｍの範囲である。また、本実施形態では紫外線硬化型インクをインクジェット法で層形成するため、各層５ａ（１）…の厚さはインク滴の大きさに依り５μｍ〜２０μｍとすることができ、好ましい範囲は１０μｍ〜２５μｍである。

【0108】

以下に、光反射層１（光反射層の一部分５１）と、第１の透明層２（第１の透明層の一部分５２）と、着色層３（着色層の一部分５３）と、第２の透明層４（第２の透明層の一部分５４）とについて、それぞれ説明する。

【0109】

●光反射層１（光反射層の一部分５１）
光反射層１（光反射層の一部分５１）は、光反射性を有する層であり、光反射層１の少なくとも着色層側の表面において可視光の全領域の光を反射することができる光反射性を有している。

【0110】

光反射層１（光反射層の一部分５１）は、白色顔料を含むインク（白色インク）から形成することができる。白色インクから形成することにより、光反射層１において三次元構造物の表層側から入った光を良好に反射し、減法混色による着色を実現することができる。なお、白色でなくとも、金属粉末を含んだインクなどの光反射性を有するインクから形成されるそうであってもよい。

【0111】

光反射層１の厚さは最小で５μｍ〜２０μｍとすることができる。ここでいう光反射層１の厚さとは、層５ａ（４）…に含まれる光反射層の一部分５１の外周端側から中心側方向に沿った幅と同じである。なお、本発明はこの数値範囲に限定されるものではない。

【0112】

●第１の透明層２（第１の透明層の一部分５２）の構成
第１の透明層２（第１の透明層の一部分５２）は、透明インクから形成される。

【0113】

ここで、透明インクとは、単位厚さ当たりの光透過率が５０％以上である透明層を形成することができるインクであれば良い。透明層の単位厚さ当たりの光透過率が５０％を下回ると、光の透過が不都合に阻止されて、造形物が減法混色による所望の色調を呈することができないため望ましくない。また、好ましくは、透明層の単位厚さ当たりの光透過率が８０％以上となるインクを用い、透明層の単位厚さ当たりの光透過率が９０％以上となるインクを用いることがより好ましい。

【0114】

光反射層１（光反射層の一部分５１）と、着色層３（着色層の一部分５３）との間に第１の透明層２（第１の透明層の一部分５２）を配設することにより、着色層３を形成する着色インクと光反射層１を形成するインクとが混じり合うことを回避することができる。仮に、着色層を形成する着色インクが、第１の透明層を形成する透明インクと混じり合っても着色層３の色は失われないので色調に不都合な変化を生じさせることはない。したがって、着色層３において所望の色調（加飾）を呈した造形物を実現することができる。

【0115】

第１の透明層２の厚さは、５μｍ〜２０μｍとすることができる。ここでいう第１の透明層２の厚さとは、層５ａ（３）…に含まれる第１の透明層の一部分５２の外周端側から中心側方向に沿った幅と同じである。なお、本発明はこの数値範囲に限定されるものではない。

【0116】

●着色層３（着色層の一部分５３）
着色層３（着色層の一部分５３）の形成に用いられるインクは、着色剤を含有する着色インクを含む。

【0117】

着色インクとしては、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）およびシアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）、各々の淡色のインクが含まれるが、これに限定されるものではなく、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）や、オレンジ（Ｏｒ）等を加えても良い。また、メタリックやパールや蛍光体色を使用することも可能である。所望の色調を表現するべく、これらの着色インクの一種類または複数種類を用いる。

【0118】

ところで、着色層３（着色層の一部分５３）を形成するために用いられる着色インクの量は、所望の（呈したい）色調によってばらつきがある。そのため、低濃度の明るい色調の場合は着色インクのみでは着色層３（着色層の一部分５３）のインク充填密度が所定のインク充填密度を満たすに至らず、Ｚ方向の高さに凹凸が形成される場合や、Ｘ、Ｙ方向に沿った途中に着色インクが無い凹みが形成される場合がある。何れの場合も、本実施形態のように積層方式によって形成される造形物には不都合な凹凸を生じることになり、好ましくない。特に、図１の（ｂ）に示す積層構造の真ん中付近の垂直な造形面では、誤差拡散法によるインク形成で、着色層３の一つの断面が縦横各々のインク滴二滴の計四滴の充填密度の場合で、着色インクの数は最大（最高濃度）で四滴、最小（濃度ゼロ、つまり白色）でゼロとなるので、最小の場合は四滴分の隙間の空間を形成してしまう場合があり、造形面からも色調面からも大きく品質を損なう。

【0119】

そこで、本実施形態では、着色インクのみでは着色層３（着色層の一部分５３）のインク充填密度が所定のインク充填密度を満たさない箇所について、補填インクによって着色層３（着色層の一部分５３）のインク充填密度を補填することをおこなう。すなわち、着色層３（着色層の一部分５３）を、着色インクと補填インクの合算の密度（インク滴の数）を一定となるように形成する。これにより、上述した凹みの発生を回避して、三次元構造物５の形状をち密に造形することができる。

【0120】

着色インクの吐出量、着色インクに構成される各色インクの着弾位置は予めわかっているため、これらを考慮すれば補填インクの補填量と補填位置（着弾位置）を判断することができる。該判断は、インクジェットヘッドまたは制御ユニット２０（図２）、あるいは他の制御手段においておこなうことができる。

【0121】

また、補填インクによりインク充填密度を補填することにより、着色層３で形成される面が平坦になるために光沢感を持たせることができる。

【0122】

補填インクは、着色層３（着色層の一部分５３）に呈されるべき色調に悪影響を与えないインクであればよく、一例としては、第１の透明層２（第１の透明層の一部分５２）および第２の透明層４（第１の透明層の一部分５４）において用いる透明インクを採用することができる。

【0123】

着色層３の厚さは、例えば５μｍ〜２０μｍとすることができる。ここでいう着色層３の厚さとは、各層５ａ（２）…に含まれる着色層の一部分５３の外周端側から中心側方向に沿った幅と同じである。

【0124】

なお、本実施形態では着色層３に基づいて説明しているが、本発明は着色層に限定されるものではなく、加飾層であれば特に制限はない。

【0125】

●第２の透明層４（第２の透明層の一部分５４）の構成
第２の透明層４（第２の透明層の一部分５４）は、第１の透明層２（第１の透明層の一部分５２）において説明した透明インクを用いて形成される。なお、第２の透明層４と第１の透明層２とは同一種の透明インクを用いても形成されても良く、異種の透明インクを用いても形成されても良い。

【0126】

第２の透明層４の厚さは、例えば１０μｍ以上とすればよく、上限値については、三次元構造物５の外形の大きさに応じて適宜変更することができる。ここでいう第２の透明層４の厚さとは、第２の透明層の一部分５４を含む各層５ａ（１）…の外周端側から中心側方向に沿った第２の透明層の一部分５４の幅と同じである。

【0127】

第２の透明層４は、着色層３の保護層としての機能を有するだけでなく、積層方式を採用している本発明（本実施形態）において、三次元構造物をち密に製造することを可能にするという優位な効果を奏する。すなわち、仮に着色層３が三次元構造物５の最表層を構成している場合、つまり着色層の一部分５３を有する層において仮に着色層の一部分５３が最も端部に位置している場合には、着色層３（着色層の一部分５３）が精度よく形成できない虞がある。しかしながら、本実施形態のように三次元構造物５の最表層に第２の透明層４（第２の透明層の一部分５４）が形成されていることにより、着色層３（着色層の一部分５３）が精度よく形成されることから、第２の透明層４（第２の透明層の一部分５４）によって、所望の色調を呈することに寄与できる。

【0128】

また、仮に着色層３が三次元構造物５の最表層を構成している場合は、着色層３がむき出しになるので、擦れによる脱色や、紫外線による退色が起き易くなる。しかしながら、本実施形態のように三次元構造物５の最表層に第２の透明層４（第２の透明層の一部分５４）が形成されていることにより、脱色や退色を防止することができる。

【0129】

〔実施形態２〕
上記の実施形態１では、サポート材よりも外側にインクを予備的に吐出する態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。そこで、本実施形態では、予備的に吐出するインクの着弾位置の別例を挙げて、本発明に係る形成方法の他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

【0130】

図６は、本実施形態の形成方法を説明するための図であり、実施形態１の図４に対応している。

【0131】

本実施形態と上記実施形態１との相違点は、予備吐出堆積物７の形成箇所である。図６に示すように、本実施形態の形成方法では、予備吐出堆積物７がサポート材６´中に形成されている点で、実施形態１とは異なっている。

【0132】

要するに本実施形態では、各層の外周に形成するサポート材の一部分６６´を形成する工程において、実施形態１で説明した予備吐出工程をおこなう。これにより、図６に示すように、サポート材の一部分６６´中に予備吐出堆積物７が形成される。予備吐出堆積物７の形成箇所は、制御ユニット２０による制御によって実現できる。

【0133】

本実施形態のように、予備吐出堆積物７をサポート材６´中に形成することにより、最終的にサポート材を除去する際に予備吐出堆積物７も併せて除去することができるため、実施形態１のように予備吐出堆積物７を別途除去する処理が不要であり、形成過程の簡素化を実現することができる。

【0134】

なお、図６では、各層に含まれる予備吐出堆積物７の形成位置が、各層の端から異なる距離にあるが、各層の端から一定距離のところに予備吐出堆積物７が形成されてもよい。すなわち、サポート材６´中において、予備吐出堆積物７が積層方向に一直線に並んだ態様であってもよい。

【0135】

〔変形例１〕
なお、上述した実施形態１および２では、記録ユニット１０が一往復する毎に予備吐出工程をおこなう態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、記録ユニット１０が層を形成する度に、すなわち往路であるか復路であるかを問わず一走査毎に、走査を開始してから、層の形成を開始する（サポート材の一部分の形成を開始する）までの間に、予備的にインクを吐出してもよい。

【0136】

〔変形例２〕
なお、上述した実施形態１および２では、Ｙ軸上において三次元構造物５を形成する領域よりもＹ軸正方向側のみにメンテナンスユニット３０を設けているが、三次元構造物５を形成する領域よりもＹ軸負方向側（図２でいうところの紙面左端部）にもメンテナンスユニット３０を設けてもよい。そして、記録ユニット１０が往路であるか復路であるかを問わず、走査を開始する前にメンテナンスを受けるような態様としてもよい。

【0137】

[付記事項]
本発明に係る、三次元構造物の形成装置一形態は、造形本体部分と、その表面を着色している着色部分とを有する三次元構造物５を、インクを堆積させてなる層５ａ（１）、５ａ（２）…を積層して形成する三次元構造物の形成装置６０であって、少なくとも一走査する間に上記インクを吐出して一つの上記層５ａ（１）、５ａ（２）…を形成する記録ユニット１０と、上記記録ユニット１０をメンテナンスするメンテナンスユニット３０と、上記記録ユニット１０を制御する制御ユニット２０とを備え、上記制御ユニット２０は、上記記録ユニット１０が上記メンテナンスユニット３０によるメンテナンスを受ける位置から上記層の形成を開始する位置までの間に、上記インクを予備的に吐出するよう制御することを特徴としている。

【0138】

上記の構成によれば、層５ａ（１）、５ａ（２）…の形成を開始時点から、所定の吐出条件でインクの吐出をおこなうことができ、高精度に三次元構造物５を形成することができる形成装置を提供することができる。

【0139】

具体的には、上記の構成によれば、メンテナンスを受ける位置から層の形成を開始する位置までの間において、記録ユニット１０からインクを予備的に吐出する構成となっている。これにより、層形成の直前に、記録ユニットのインク吐出条件を上記層の形成に適した状態とすることができる。

【0140】

例えば、層形成のためにインクの吐出を開始するまでに、インクを吐出しない期間があると、記録ユニット１０のインクを吐出するノズル孔が乾燥するなどして、記録ユニット１０のインク吐出条件が不都合に変化する場合がある。しかしながら、上記の構成によれば、層形成前に予備的にインクを吐出するため、その予備的なインク吐出によって、記録ユニット１０のインクの吐出条件を最適なものとすることができる。これにより、最適なインク吐出条件のもとで層形成を開始することができる。

【0141】

よって、形成装置６０によれば、上記層を精度よく形成することができる。

【0142】

なお、これは、メンテナンスユニット３０によって記録ユニット１０がメンテナンス（例えば、ワイピング、キャッピングおよびフラッシング）を受けた直後から層形成の開始時点までの間においても言えることである。すなわち、仮にメンテナンスによって記録ユニット１０が良好な状態となったとしても、吐出データが長時間無いインクジェットヘッドのノズル孔は、吐出を開始するまでの間に走査による空気の流れで乾燥してしまい、良好な状態は維持できない場合がある。そのような場合でも、本発明の上記の構成を具備することにより、層形成の開始時点においてインクを所定の吐出条件で吐出することができ、層を精度よく形成することができる。

【0143】

また本発明に係る、三次元構造物の形成装置の一形態は、上記の構成に加えて、上記制御ユニット２０は、上記記録ユニット１０が上記少なくとも一走査毎に上記インクを上記予備的に吐出するように制御している。

【0144】

上記の構成によれば、一走査毎にインクの予備的吐出をおこなうことから、層５ａ（１）、５ａ（２）…の形成をより一層精度よくおこなうことが可能となる。

【0145】

また本発明に係る、三次元構造物の形成装置の一形態は、上記の構成に加えて、上記記録ユニット１０は、上記インクとして、上記造形本体部分を形成するための１つまたは複数の種類の造形物用インクと、上記着色部分を形成するための１つまたは複数の種類の着色部分用インクとを、それぞれに対して設けたノズルヘッドから吐出し、上記制御ユニットは、上記記録ユニット１０が少なくとも１つの上記ノズルヘッドからインクを予備的に吐出するように制御する。

【0146】

また本発明に係る、三次元構造物の形成装置の一形態は、上記の構成に加えて、上記制御ユニット２０は、上記記録ユニットが、上記着色部分用インクに対して設けられた上記ノズルヘッドからインクを予備的に吐出するよう制御する。

【0147】

上記の構成によれば、着色部分を構成するためのインクを予備的に吐出するため、三次元構造物５の色調を高精度に制御し、所望の色調の三次元構造物５を提供することができる。

【0148】

また本発明に係る、三次元構造物の形成装置の一形態は、上記の構成に加えて、上記記録ユニット１０は、上記三次元構造物５には含まれないサポート材インクを吐出し、上記少なくとも一走査毎に、上記層５ａ（１）、５ａ（２）…の外周に沿って該サポート材インクを堆積させ（サポート材の一部分６６、６６´）、上記制御ユニット２０は、上記記録ユニット１０は、上記予備的に吐出する上記インク（予備吐出堆積物７）を、上記サポート材インクの堆積領域（サポート材の一部分６６´）内に堆積させてもよい。

【0149】

上記の構成によれば、サポート材インクの堆積物（サポート材の一部分６６´）内に、予備的に吐出したインク（予備吐出堆積物７）を堆積させるため、サポート材インクの堆積物（サポート材の一部分６６´）を除去する際に予備的に吐出したインク（予備吐出堆積物７）も同時に除去することができる。これにより、予備的に吐出したインク（予備吐出堆積物７）を別途、除去する必要がなくなり、形成過程を簡素化することができる。

【0150】

また本発明に係る、三次元構造物の形成装置の一形態は、上記の構成に加えて、上記記録ユニット１０から吐出されるインクを堆積させる基台４０を更に備え、上記記録ユニット１０が上記予備的に吐出する上記インクは、上記基台４０に着弾する構成となっていてもよい。

【0151】

上記の構成によれば、予備的に吐出するインクを、三次元構造物５を形成する基台４０に着弾させている。これにより、メンテナンスユニット３０上で予備的にインクを吐出する場合に比べ、三次元構造物５の近傍に予備的にインクを吐出することができるため、記録ユニット１０のインクジェットヘッド１１のノズル部（第１インクジェットヘッドノズル部１１Ａ、第２インクジェットヘッドノズル部１１Ｂ、第３インクジェットヘッドノズル部１１Ｃ）の乾燥を抑制し、吐出の不具合をより一層抑制することができる。

【0152】

また本発明に係る、三次元構造物の形成装置の一形態は、上記の構成に加えて、上記予備的に吐出するインクの単位面積当たりの吐出量は、一つの上記層５ａ（１）、５ａ（２）…を形成するために吐出するインクの単位面積当たりの吐出量よりも少ない構成となっていてもよい。

【0153】

上記の構成によれば、予備的に吐出するインクを少なくすることにより、インクの消費量を抑えることができる。

【0154】

また本発明に係る、三次元構造物の形成方法の一形態は、造形本体部分と、その表面を着色している着色部分とを有する三次元構造物５を、記録ユニット１０およびメンテナンスユニット３０を備える、三次元造形物の形成装置６０を用いて、インクを堆積させてなる層５ａ（１）、５ａ（２）…を積層して形成する三次元構造物の形成方法であって、記録ユニット１０を少なくとも一走査させて、該少なくとも一走査させている間に該記録ユニット１０から上記インクを吐出して少なくとも一つの上記層５ａ（１）、５ａ（２）…を形成する記録工程と、上記記録ユニット１０が上記メンテナンスユニット３０によってメンテナンスを受ける位置から上記層の形成を開始する位置の間において、上記記録ユニット１０から上記インクを予備的に吐出する予備吐出工程とを含むことを特徴としている。

【0155】

上記の構成によれば、層の形成を開始時点から、所定の吐出条件でインクの吐出をおこなうことができ、高精度に三次元構造物を形成することができる。

具体的には、上記の構成によれば、メンテナンスを受ける位置から層の形成を開始する位置までの間において、記録ユニット１０からインクを予備的に吐出する構成となっている。これにより、層形成の直前に、記録ユニットのインク吐出条件を上記層の形成に適した状態とすることができる。

【0156】

例えば、層形成のためにインクの吐出を開始するまでに、インクを吐出しない期間があると、記録ユニット１０のインクを吐出する孔が乾燥するなどして、記録ユニット１０のインク吐出条件が不都合に変化する場合がある。しかしながら、上記の構成によれば、層形成前に予備的にインクを吐出するため、その予備的なインク吐出によって、記録ユニット１０のインクの吐出条件を最適なものとすることができる。これにより、最適なインク吐出条件のもとで層形成を開始することができる。

【0157】

なお、これは、メンテナンスユニット３０によって記録ユニット１０がメンテナンス（例えば、ワイピング、キャッピングおよびフラッシング）を受けた直後から層形成の開始時点までの間においても言えることである。すなわち、仮にメンテナンスによって記録ユニット１０が良好な状態となったとしても、層形成を開始するまでの間に時間が空くため、良好な状態は維持できない場合がある。そのような場合でも、本発明の上記の構成を具備することにより、層形成の開始時点においてインクを所定の吐出条件で吐出することができ、層を精度よく形成することができる。

【0158】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0159】

本発明は、三次元構造物を形成するあらゆる形成装置に適用することができる。

【符号の説明】

【0160】

Ｍ 造形層
１ 光反射層
２ 第１の透明層
３ 着色層
４ 第２の透明層
５ 三次元構造物
５ａ（１）、５ａ（２）、…、５ａ（２０） 層
７ 予備吐出堆積物
１０ 記録ユニット
１１ インクジェットヘッド
１１Ａ 第１インクジェットヘッドノズル部
１１Ｂ 第２インクジェットヘッドノズル部
１１Ｃ 第３インクジェットヘッドノズル部
１２ ＵＶ照射部
１２Ａ 照射器
１３ キャリッジ
２０ 制御ユニット
２１ 吐出制御部
２２ 照射制御部
２３ 移動制御部
３０ メンテナンスユニット
４０ 基台（ステージ）
５０ 造形層の一部分
５１ 光反射層の一部分
５２ 第１の透明層の一部分
５３ 着色層の一部分
５４ 第２の透明層の一部分
６０ 形成装置
６６ サポート材の一部分
Ｓ サポート材インク用ノズル列

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】