JP6454497B2 - 立体物造形装置および立体物造形方法 - Google Patents

Description

本発明は、立体物造形装置および立体物造形方法に関し、より詳細には、インクを堆積させて立体造形をおこなう立体物造形装置および立体物造形方法に関する。

立体物をインクジェット法を用いた積層方式によって造形する技術が知られている。この技術は、インクを堆積させて層を形成し、その層を複数積層することによって所望の立体形状を有する立体物を形成することができる。そのため、多様な分野での活用が期待されている。

このような立体造形技術において、積層される上下二つの層のうち、上の層の外周端が下の層の外周端よりも大きい、すなわち、上の層の一部が張り出している（オーバーハングしている）構造を造形する場合がある。この場合には、下の層の外周端に隣接してサポート材を形成し、サポート材に上の層のオーバーハング部分を積層する。なお、サポート材は、立体物に構成されるものではない部分であるため、適当なタイミングで除去される。サポート材を用いる技術については、例えば特許文献１に開示されている技術がある。

特開平６−１７９２４３号公報（１９９４年６月２８日公開）

しかしながら、上述のようなサポート材を用いた立体造形技術は、サポート材を除去する工程が必要となる。そのため、立体造形して直ぐに立体物を提供することができない。また、サポート材の廃棄物が生じるため、環境に優しい立体造形技術とは言えない。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、サポート材を用いずにオーバーハング部分を造形することができる立体物造形装置および立体物造形方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る立体物造形装置は、インクから形成される複数の層を堆積させて立体物を造形する立体物造形装置であって、前回形成した層の上に、次の層を形成するときに、当該次の層の端を形成するインクを、当該前回形成した層の端に近い側の一部分を当該前回形成した層の端を形成するインクの上に重畳させることで、残りの部分の直下に空隙を設けることを特徴としている。

上記の構成によれば、サポート材を使用せずに、先述したオーバーハング部分を形成することができる。

具体的には、本発明の上記の構成によれば、インクを、前回形成されたインクの層の端から内側の領域に対して、当該端に近い側の一部分を重畳させることで、該インクの残りの部分の直下に空隙を設けることができる。この直下に空隙が設けられた該残りの部分が、前回形成したインク堆積層の端から張り出したオーバーハング部分に相当する。

このような形成方法を採用した上記立体物造形装置とすることにより、サポート材を形成することなくオーバーハング部分を形成することが可能であるから、サポート材を形成する手間がかからず、また、サポート材に係るコストを抑えることができる。更に、本発明によれば、形成したサポート材を除去する工程が不要であるために、サポート材を用いる従前の技術よりも、立体物をスピーディーに造形することが可能である。また、本発明は、サポート材の廃棄物が生じず、環境に優しい立体造形を実現することができる。

また、本発明に係る立体物造形装置の一形態では、上記の構成に加えて、上記インクは透明インクである。

上記の構成によれば、透明インクでオーバーハング部分を形成することから、立体物の色調に影響を与えずに、オーバーハング部分を形成することができる。

また、本発明に係る立体物造形装置の一形態では、上記の構成に加えて、上記インクは紫外線硬化型インクである。

上記の構成によれば、紫外線硬化型インクを用いることにより、短時間で硬化できる。そのため、積層させることが容易であり、立体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。

本発明に係る立体物造形装置の一形態では、最も上にあるインクの層に接して、当該層を上方から加圧する加圧機構を有する。

上記の構成によれば、加圧機構でインク層を押圧して、当該インク層の厚さを平坦にすることができる。また、インク層の平面方向に延ばすことができるので、オーバーハング部分を形成しやすい。

本発明に係る立体物造形装置の一形態では、上記加圧機構は、加圧する対象の層の上方に接して移動しつつ回転するローラーであって、接する位置において、移動方向とは逆方向に回転するローラーを有する。

上記の構成によれば、インクの層の最上層に対して、摺動（擦れ）することなく、下方向に加圧しながらローラーを移動させることができる。これにより、あたかも最上層に対して、常に上方から加圧しながら、連続して移動方向に加圧していく状態にすることができる。

本発明に係る立体物造形装置の一形態では、上記ローラーの表面がインクに対する親和性の無い材質からなる。

上記の構成によれば、インクがローラーの表面に付着することを防ぐことができる。

上記の課題を解決するために、本発明に係る立体物造形方法は、インクから形成される複数の層を堆積させて立体物を造形する立体物造形方法であって、前回形成した層の上に、次の層を形成するときに、当該次の層の端を形成するインクを、当該前回形成した層の端に近い側の一部分を当該前回形成した層の端を形成するインクの上に重畳させることで、残りの部分の直下に空隙を設ける吐出工程を含むことを特徴としている。

上記の構成によれば、サポート材を使用せずに、先述したオーバーハング部分を形成することができる。

具体的には、本発明の上記の構成によれば、インクを、前回形成されたインクの層の端から内側の領域に対して、当該端に近い側の一部分を重畳させることで、該インクの残りの部分の直下に空隙を設けることができる。この直下に空隙が設けられた該残りの部分が、インク堆積層の端の上において該端から張り出したオーバーハング部分に相当する。

このような形成方法を採用することにより、サポート材を形成することなくオーバーハング部分を形成することが可能であるから、サポート材を形成する手間がかからず、また、サポート材に係るコストを抑えることができる。更に、本発明によれば、形成したサポート材を除去する工程が不要であるために、サポート材を用いる従前の技術よりも、立体物をスピーディーに造形することが可能である。また、本発明は、サポート材の廃棄物が生じず、環境に優しい立体造形を実現することができる。

本発明は、サポート材を使用せずに、立体物のオーバーハング部分を形成することができる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係る立体物造形装置によって立体造形される立体物の外観図であり、（ｂ）は、（ａ）の切断線Ａ−Ａ´における矢視断面図である。 本発明の一実施形態に係る立体物造形装置に具備されるインクジェットヘッド装置のノズル孔側の模式図である。 本発明の一実施形態に係る立体物造形装置および立体物造形方法においておこなう立体造形の概念を示す模式図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施形態に係る立体物造形装置において立体造形される立体物の造形途中の様子を示した模式図である。 本発明の一実施形態に係る立体物造形装置によって立体造形される立体物の別例の外観図である。 本発明の一実施形態に係る立体物造形装置に具備されるインクジェットヘッド装置のノズル孔側の別例を示した模式図である。 本発明の一実施形態に係る立体物造形装置に具備されるインクジェットヘッド装置のノズル孔側の別例を示した模式図である。 本発明の一実施形態に係る立体物造形装置に具備されるインクジェットヘッド装置のノズル孔側の別例を示した模式図である。 本発明の一実施形態に係る立体物造形装置に具備されるインクジェットヘッド装置のノズル孔側の別例を示した模式図である。 本発明の別の実施形態に係る立体物造形装置に具備されるインクジェットヘッド装置の構成を示した模式図である。 本発明の別の実施形態に係る立体物造形装置を用いて立体物を製造する方法を示す模式図である。 本発明の別の実施形態に係る立体物造形装置を用いて立体物を製造する方法を示す模式図である。 本発明の別の実施形態に係る立体物造形装置を用いて立体物を製造する方法を示す模式図である。

本発明の一実施形態に係る立体物造形装置および立体物造形方法について説明する。先ずは、本実施形態における立体物造形装置および立体物造形方法によって立体造形される立体物について概要を説明する。

（１）立体物の概要
図１は、本実施形態が提供する立体物を示す図である。図１の（ａ）は、立体物の外観図であり、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）の切断線Ａ−Ａ´における立体物の矢視断面図である。

立体物５は、図１の（ａ）に示すように概ね半球形状の外形を有した立体構造体である。立体物５は、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、着色剤を含むインク（加飾インク）によって形成された着色層３（加飾層）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、造形本体部分を構成する、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））とがこの順番で形成されている。すなわち、立体物５は、中心部に在る光反射層１から表層側（外周側）に向けて、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。また、別の解釈をすれば、立体物５は、カラー加飾された立体構造物（着色層３を表層として、着色層３、第１の透明層２および光反射層１からなる構造物）が透明層（第２の透明層４）によって覆われたものと換言することもできる。

図１の（ｂ）に示す立体物５の断面は、図１の（ａ）に示すＸＹＺ座標系に関して、立体物５の中央位置においてＸＺ平面に沿った断面を出現させたものである。

立体物５は、図１の（ｂ）に示すように、複数の層５ａを積層した積層方式によって立体造形された構造体である。図１の（ｂ）では、１０枚の層５ａがＺ方向に積層されることによって立体物５が立体造形されている。なお、層の総数は１０に限定されるものではない。

立体物５は、図１の（ｂ）に示すように、積層方向（Ｚ方向）に対する垂直方向の径が、積層方向に沿って徐々に大きくなった構造体である。すなわち、最下位置にある層５ａのＸＹ平面方向の大きさが複数の層５ａの中でも最も小さく、最上位置にある層５ａのＸＹ平面方向の大きさが複数の層５ａの中でも最も大きく、最下位置にある層５ａから最上位置にある層５ａに向かって、層５ａのＸＹ平面方向の大きさが徐々に大きくなっている。また、各層５ａに関しても、そのＸＹ平面方向の大きさに下端から上端に向かって徐々に大きくなっている。

このように積層方向（Ｚ方向）に沿って、層５ａのＸＹ平面方向の径が大きくなっていることにより、立体物５における、積層方向に概ね沿った表面（側面）は、上に向かうほど側方に張り出しており、且つ図１の（ａ）に示すように湾曲面として構成される。

ところで、従前のインクジェット法を用いて図１に示す略半球形状の立体物を立体造形する場合は、下の層よりも径が大きな部分を上に積層するためにサポート材を用いる。具体的には、下の層の外周に隣接してサポート材を形成し、そのサポート材の上に、上の層における、下の層よりも張り出した部分を形成する。従前のインクジェット法では、サポート材を用いないと、張り出した部分を形成するために吐出したインクが下方に落下してしまうからである。しかしながら、サポート材は立体物に構成されない部分であるため、先述したように適当なタイミングでサポート材を除去する工程が必要となって工程数が多くなるという問題がある。また、サポート材の廃棄物が生じて、環境に優しい造形法とは言えない。

そこで、本実施形態では、インクジェット法を用いながらも、サポート材を用いることなく、図１に示す立体物５を形成する。以下、本実施形態の立体物造形装置および立体物造形方法について説明する。

なお、本実施形態ではインクジェット法を用いた態様を説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、インクを用いた積層方式によって立体物を造形することができるあらゆるタイプの立体物造形方法に適用することができる。

（２）立体物造形装置
図２は、本実施形態の立体物造形装置の主要な構成を示す図である。

図２に示す本実施形態の立体物造形装置４０は、インクジェットヘッド装置１０と、紫外線照射装置２０と、制御装置３０とを備えている。

●インクジェットヘッド装置１０
図２は、インクジェットヘッド装置１０の下面を示している。

インクジェットヘッド装置１０の下面には、大きく分けて３つのインクジェットヘッド１１Ｈ〜１３Ｈが搭載されている。図２に示すように、第１インクジェットヘッド１１Ｈと、第２インクジェットヘッド１２Ｈおよび第３インクジェットヘッド１３Ｈとは、Ｘ方向に沿って配設位置がずれている。また、図２に示すように、第１インクジェットヘッド１１Ｈと、第２インクジェットヘッド１２Ｈと、第３インクジェットヘッド１３Ｈとは、Ｙ方向に沿って配設位置がずれている。つまりインクジェットヘッド１１Ｈ〜１３Ｈは、いわゆるスタガ配列で並んでいる。

第１インクジェットヘッド１１Ｈには、シアンインクを吐出するシアンインク用ノズル１０（Ｃ）と、マゼンタインクを吐出するマゼンタインク用ノズル１０（Ｍ）と、イエローインクを吐出するイエローインク用ノズル１０（Ｙ）と、ブラックインクを吐出するブラックインク用ノズル１０（Ｋ）とが設けられている。なお、各ノズル１０（Ｃ）、１０（Ｍ）、１０（Ｙ）および１０（Ｋ）の配列順や数は図２に示すものに限定されない。これらノズルから吐出されるインクは何れも図１に示す着色層３を形成するために用いる着色インクである。

第２インクジェットヘッド１２Ｈには、白色インク（Ｗ）を吐出する白色インク用ノズル１０（Ｗ）が設けられている。この白色インク（Ｗ）は、図１の（ｂ）に示す光反射層１を形成するために用いるインクである。

第３インクジェットヘッド１３Ｈには、透明インク（ＣＬ）を吐出する透明インク用ノズル１０（ＣＬ）が設けられている。この透明インク（ＣＬ）は、図１の（ｂ）に示す第１の透明層２、および図１の（ａ）および（ｂ）に示す第２の透明層４を形成するために用いるインクである。

ここで、各インクは、紫外線硬化性を有するインクである。紫外線硬化型インクを用いることにより、短時間で硬化できる。そのため、積層させることが容易であり、立体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。特に、サポート材を用いずに拡径している部分を形成する本実施形態の立体造形方法を実現するためには、短時間で硬化する紫外線硬化型インクが最適である。そのため、拡径している部分を構成する第２の透明層４は少なくとも、紫外線硬化型インクを用いて形成する。

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。

インクジェットヘッド装置１０は、図２に示す下面を形成台の形成面（形成台の形成面Ｂを図３に図示）あるいは形成済みの層５ａに対向させるように設けられている。また、インクジェットヘッド装置１０はＸ方向に往復移動することができ、その移動中にインクを吐出する。移動は、後述する制御装置３０の第１制御部３１によって制御される。

なお、移動に関しては、インクジェットヘッド装置１０と、形成台との相対位置が所定の方向に変化すればよく、インクジェットヘッド装置１０がＸＹＺ座標系において所定の方向に移動してもよいし、層５ａの形成台を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。

●紫外線照射装置２０
紫外線照射装置２０は、紫外線硬化型インクを硬化させるために紫外線を照射する光源を有する。

紫外線照射装置２０の紫外線照射は、後述する制御装置３０の第２制御部３２によって制御される。

また、紫外線照射装置２０は、インクジェットヘッド装置１０から吐出されたインクに対して紫外線を照射できるように、インクジェットヘッド装置１０の近傍に配置される。

●制御装置３０
制御装置３０は、インクジェットヘッド装置１０を制御する第１制御部３１と、紫外線照射装置２０を制御する第２制御部３２とを有している。

第１制御部３１は、インクジェットヘッド装置１０によるインクの吐出のタイミング、吐出量および吐出力を制御する。吐出は、図示しない電源からのインクジェットヘッド装置１０への電圧印加を制御することによっておこなう。吐出量および吐出力は、インクジェットヘッド装置１０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。このような第１制御部３１による制御により、インクジェットヘッド装置１０から吐出されるインクの着弾位置が制御されるだけでなく、着弾するインクの着弾形状（堆積形状）を制御することができる。

また、先述のようにインクジェットヘッド装置１０の移動も第１制御部３１が制御する。

第２制御部３２は、紫外線照射装置２０の紫外線照射タイミングを制御する。なお、インクジェットヘッド装置１０の移動に伴って紫外線照射装置２０を移動させる必要がある場合には、紫外線照射装置２０の移動も第２制御部３２が制御する。

なお、制御装置３０（第１制御部３１および第２制御部３２）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、制御装置３０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。

以上の構成を具備する立体物造形装置４０を用いて、図１の（ｂ）に示す立体物５を、サポート材を用いることなく、インクジェット法を用いた積層方式によって立体造形する。なお、立体物造形装置４０には、図２に図示しない他の構成を具備してもよい。

（３）立体造形方法
図３は、図２に示した本実施形態の立体物造形装置４０による立体物造形方法を説明する模式図である。なお、図３は、立体物５のうち、下層の外周端よりも側方に張り出した部分を有した箇所を立体造形する過程を示している。本実施形態が提供する立体物５においては、この箇所は、図１の（ａ）および（ｂ）に示す第２の透明層４によって構成されている。

また以下の説明では、下の層よりも層の径が大きくなって張り出した部分のことを、該部分の直下にインク堆積物が存在しない部分があり、且つ形成台の形成面とも接触しておらず、該形成面から離間している部分であるという意味で「オーバーハング部分」と記載する。すなわち、図３は、第２の透明層４のオーバーハング部分の形成方法を示した部分断面図であり、図１の（ｂ）に示す最下層である層５ａの紙面右側の外周端に形成されるオーバーハング部分４ｈの形成方法を示す。

図３の（ａ）は、インクジェットヘッド装置１０が、図３の（ａ）示されるＸＹＺ座標系においてＹ軸正方向に移動しながらインクを吐出する様子を模式的に示している。このインクの吐出の前に、インクジェットヘッド装置１０は、予めＹ軸を負方向に形成面Ｂに沿って移動し、その移動中に、第２の透明層４を形成するためのインクを滴下し終わっている。具体的には、着弾順にインク［３］、インク［２］、インク［１］となっており、インク［１］、インク［２］、インク［３］によって層が形成されている。

図３の（ａ）に示すように、インク［１］、インク［２］、インク［３］の層上をＹ軸の正方向にインクジェットヘッド装置１０が移動しながら、インクを滴下する。具体的には、着弾順にインク［１’］、インク［２’］、インク［３’］となる。インク［３’］の一部分（図中のｓで示す部分）は、前回のインクジェットヘッド装置１０の移動によって形成された層の端を形成するインク［３］の上に重畳させる（吐出工程）。これにより、インク［３’］の残りの部分（図中のｕで示す部分）の直下に空隙を設けることができる。

図３の（ａ）に続く段階を、図３の（ｂ）に示す。図３の（ｂ）では、インクジェットヘッド装置１０が更にＸ軸を負方向に形成面Ｂに沿って移動してインクを吐出したことによって、インク［１’’］、インク［２’’］、インク［３’’］が着弾した様子を示している。インク［３’’］も、Ｚ方向に関して、インク［３’］に重畳しているのは、インク［３’’］の一部分（図中のｓで示す部分）のみである。インク［３’’］の残りの部分（図中のｕで示す部分）は、Ｚ方向においてインク［３’］に重畳せず、インク［３’］の最外端位置（図中に破線で示す位置）よりも更に外側（立体物の側方に相当）に在る。インク［３’’］は、形成台の形成面Ｂから離間しており、オーバーハング部分４ｈを構成している。

このように、本実施形態では、先に形成されたインク層に、次の層の端に位置するインクの一部のみを重畳させる。これを繰り返すことによって、従前ではサポート材の上に形成する必要があったいわゆるオーバーハング部分を、サポート材を用いることなく形成することができる。

以上のような、インクジェットヘッド装置１０の吐出タイミングを制御は、第１制御部３１によって行われる。

なお、本願明細書における「重畳」とは、Ｚ方向（積層方向）に重なり合っている部分のことをいう。

また、図３の（ａ）及び（ｂ）に示したインク［３’］およびインク［３’’］のように、前回形成されたインクの層の斜め上方に留まって形成面Ｂから離間した態様を実現するために、インク滴の粘度は、５〜２５ｍＰａ・ｓｅｃとすることが好ましいが、着弾させる位置（インクジェット装置１０からの吐出タイミング）との組み合わせや、他の条件との組み合わせ等によっては、必ずしもこの粘度でなくても良い。

また、インク吐出速度は、５〜１０ｍ／ｓｅｃとすることが好ましいが、着弾させる位置（インクジェット装置１０からの吐出タイミング）や他の条件との組み合わせ等によっては、必ずしもこの吐出力でなくても良い。

また、インクの硬化タイミング、すなわち、紫外線の照射タイミングは、着弾後としても良いし、あるいは着弾前に仮硬化させても良い。照射タイミングは、第２制御部３２が紫外線照射装置２０を制御することによって実現することができる。なお、紫外線照射装置２０は、仮硬化用の光源を、硬化用の光源とは別に具備していても良い。

以上が、本実施形態の立体物造形装置４０による立体物造形方法の特徴部分の説明である。

（４）立体物の詳細
（４−１）立体物の全体構成
上記の「（１）立体物の概要」では、本発明の特徴的構成に直接的に関係する部分のみを説明した。そこで、図１の（ｂ）に示した立体物５のその他の構成について以下に説明する。

層５ａ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のＺ方向の厚さを考慮すれば良い。一つの層５ａ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、層５ａ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。なお、大型の造形物で解像度が要求されない場合は連続する複数層を同じデータで積層してもよく、より大きなインク滴にすれば良い。その場合、データ量の減少と造形速度の高速化が見込める。

本実施形態の立体物５は、着色層３が露出しないように第２の透明層４が着色層３を完全に覆っている。本実施形態では、このような立体構造を積層方式で形成するため、図１の（ｂ）に示すように、複数の層５ａのうちの最下層及び最上層を第２の透明層４のみからなる層５ａとして、これらの間の層５ａの対向側（内側）にそれぞれ、第２の透明層４の一部が着色層３の一部の外周に形成された層５ａを配置し、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４の一部、着色層３の一部および第１の透明層２の一部がこの順で形成された層５ａを配置し、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４の一部、着色層３の一部、第１の透明層２の一部および光反射層１の一部がこの順で形成された層５ａを配置することによって形成する。なお、これら各種の層５ａの配設数は図２に示したものに限定されるものではない。また、図１の（ａ）に示す立体物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の構成は上述したものに限定されない。

なお、本実施形態では、光反射層１を造形本体部分と見なすが、光反射層は造形本体部分に属するものであってもそうでなくても良い。すなわち、光反射層とは別体の造形本体部分或いは空洞が立体物の中心部に在り、その造形本体部分（光反射性を有していなくても良い）から表層側（外周側）に向けて、光反射層と、第１の透明層と、着色層と、第２の透明層とがこの順で形成されていても良い。あるいは、芯部（光反射性を有していなくても良い）とその表面に形成された光反射層１とを造形本体部分と見なしても良い。

（４−２）積層される各層
図１の（ｂ）に示すように複数の層５ａがＺ方向に積層されていることにより、各層５ａの第２の透明層の一部分５４が概ね立体物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、各層５ａの着色層の一部分５３が概ね立体物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。また、各層５ａの第１の透明層の一部分５２が概ね立体物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が概ね立体物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。このように配置することにより、立体物５の表面をＸ、Ｙ、Ｚのあらゆる方向から見ても、第２の透明層４、着色層３、第１の透明層２、光反射層１の順となるので、着色層３の減法混色により表現された色調を認識することができる。

なお、第１の透明層の一部分５２のＸＹ平面方向の寸法は、第１の透明層の一部分５２が上下で接する着色層の一部分５３の寸法よりも若干広めに設定することで、着色層３と光反射層１とを構成するインク同士の混じり合いの防止をより確実にすることができる。

また、第２の透明層の一部分５４のＸＹ平面方向の寸法は、第２の透明層の一部分５４が上下で接する着色層の一部分５３の寸法よりも若干広めに設定することで、着色層３の保護をより確実にすることができる。

（４−３）層の具体的構成
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。

●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、光反射性を有するインクによって形成された層であり、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。

光反射層１（光反射層の一部分５１）は、具体的には、金属粉末を含んだインク、あるいは、白色顔料を含むインクから形成することができるが、白色インクから形成することが好ましい。白色インクから形成することにより、光反射層１において造形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。

本実施形態では造形物本体が光反射層１によって構成されているが、光反射性を有していなくても良い別体の造形物本体の表面に光反射層１を形成する場合には、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。

●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。

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。単位厚さとは、透明層を形成するＸＹ方向の最小寸法で５μｍ〜２０μｍである。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。

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。

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。

●着色層３（着色層の一部分５３）
着色層３（着色層の一部分５３）は、着色剤を含む着色インクによって形成される。

着色剤を含むインク（以下、着色インクと記載することもある）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。

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。

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量（インク滴の合算容積）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、立体物５の形状をち密に造形することができる。

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装置または制御装置３０（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。

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。

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。

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、層５ａ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。

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。

●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。

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、立体物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を含む層５ａ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。

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、立体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が立体物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５ａ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立体物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。

また、仮に着色層３が立体物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立体物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。

図４は、本実施形態の立体物５の全体構成を造形（製造）する過程を模式的に示した断面図であり、図１の（ｂ）に示した断面図の一部に相当する。

まず、図４の（ａ）に示すように、最下位置にある層５ａ（第１の層５ａ（１）と記載する）を、造形用ステージである形成台の形成面Ｂに形成する。この第１の層５ａ（１）の形成（製造）工程では、インクジェット法を用いてインクジェットヘッド装置１０から透明インクを所定のタイミングで吐出して、インクに紫外線を照射して硬化させることによって、第２の透明層の一部分５４のみからなる第１の層５ａ（１）を形成する。このとき、第１の層５ａ（１）の外周端部において、先述した方法でオーバーハング部分４ｈを形成する。

次に、図４の（ｂ）に示すように、第１の層５ａ（１）の上に第２の層５ａ（２）を形成する。この第２の層５ａ（２）の形成（製造）工程では、形成済みの第１の層５ａ（１）の上方をインクジェットヘッド装置１０が移動し、所定のタイミングでインクを吐出して、インクを紫外線照射により硬化させることによって、第２の層５ａ（２）の中心部分に着色層の一部分５３を含み、且つ該着色層の一部分５３の周囲を囲むように第２の透明層の一部分５４を含む第２の層５ａ（２）を形成する。また、この第２の層５ａ（２）の形成（製造）工程においても、第２の層５ａ（２）の外周端部において、先述した方法で第２の透明層の一部分５４にオーバーハング部分４ｈを形成する。

なお、着色層の一部分５３と第２の透明層の一部分５４とを並行して形成してもよいし、着色層の一部分５３および第２の透明層の一部分５４の一方を先に形成し、その後で他方を形成してもよい。

次に、図４の（ｃ）に示すように、第２の層５ａ（２）の上に第３の層５ａ（３）を形成する。この第３の層５ａ（３）の形成（製造）工程では、形成済みの第２の層５ａ（２）の上方をインクジェットヘッド装置１０が移動し、所定のタイミングでインクを吐出して、インクを紫外線照射により硬化させることによって、第３の層５ａ（３）の中心部分から層の端部に向かって、第１の透明層の一部分５２と、着色層の一部分５３と、第２の透明層の一部分５４とをこの順番で含むように形成する。また、この第２の層５ａ（３）の形成（製造）工程においても、先述した方法で第２の透明層の一部分５４にオーバーハング部分４ｈを形成する。

この第３の層５ａ（３）の形成（製造）工程では、第１の透明層の一部分５２と、着色層の一部分５３と、第２の透明層の一部分５４とを並行して形成してもよいが、第１の透明層の一部分５２および第２の透明層の一部分５４を先に形成した後に、着色層の一部分５３を形成してもよい。

次に、図４の（ｄ）に示すように、第３の層５ａ（３）の上に第４の層５ａ（４）を形成する。この第４の層５ａ（４）の形成（製造）工程では、まず、図４の（ｄ）に示すように、形成済みの第３の層５ａ（３）の上方をインクジェットヘッド装置１０が移動し、所定のタイミングで透明インクを吐出して、この透明インクを紫外線照射により硬化させることによって、第１の透明層の一部分５２および第２の透明層の一部分５４を形成する。このとき、先述した方法で第２の透明層の一部分５４にオーバーハング部分４ｈを形成する。そして、その後に、図４の（ｅ）に示すように、白色層の一部分５１および着色層の一部分５３を形成する。これにより、第４の層５ａ（４）の中心部分から層の端部に向かって、白色層の一部分５１と、第１の透明層の一部分５２と、着色層の一部分５３と、第２の透明層の一部分５４とをこの順番で含む第４の層５ａ（４）が形成される。

図４の（ｄ）に示す第４の層５ａ（４）の形成（製造）工程のように、第１の透明層の一部分５２を形成する工程と、第２の透明層の一部分５４を形成する工程とをおこなう。このとき、先述した方法で第２の透明層の一部分５４にオーバーハング部分４ｈを形成する。そして、その後に、図４の（ｅ）に示すように、第１の透明層の一部分５２と第２の透明層の一部分５４との間に着色層の一部分５３を形成するとともに、白色層の一部分５１を形成する。これにより、第２の透明層の一部分５４が着色層の一部分５３を形成する際に着色層を構成するインク溜まりの外堀として機能し、着色層を構成するインクが不都合に濡れ拡がる虞がなく、精度良く着色層の一部分５３を形成することができる。

なお、各層において着色層の一部分５３を形成する際、着色インクおよび補填インクからなる着色層形成用インクを両者のインクの合算量が一定となるように吐出して、紫外線硬化する。

このようにＺ方向に積層を繰り返すことにより、図１の（ｂ）に示す立体物５を製造することができる。なお、一層を形成するにあたっては、二次元の画像形成で公知のインターレイス走査やマルチパス走査をすることによってムラの少ない良好な造形や加飾が得られる。

（５）立体物の変形例
（５−１）変形例１
立体物５は、第２の透明層４の一部に穴を形成したストラップタイプの立体物としてもよい。穴は、第２の透明層４を形成する過程で、一部に第２の透明層４を形成しないことによって設ければ良い。

（５−２）変形例２
立体物５は、第２の透明層４の表面またはその内部に、マーク、フレーム、または淡色等によって構成された装飾三次元画像が施されていたり、日付、人名、または場所名などの文字を記す文字構造が設けられていたりしても良い。このような装飾三次元画像および文字構造といった付加情報は、制御装置３０がインクジェットヘッド装置１０を制御することにより実現することができる。このような付加情報は、第２の透明層４を形成すると同時に形成すれば良い。

（５−３）変形例３
上記の実施形態の立体物５は、図１の（ｂ）に示したように、積層方向に沿って層５ａの径が外側に向かって大きくなっているが、本発明に係る立体物造形装置および立体物造形方法は、図５に示すように、積層方向に沿って、径が徐々に内側に向かって小さくなった構造の立体物５´の立体造形にも適用することができる。図５に示す立体物５´にも、オーバーハング部分４ｈが形成されており、これも、先述した着弾形態を用いれば、サポート材を用いることなく造形することが可能である。

（６）インクジェットヘッド装置の変形例
上記の実施形態では図２に示すインクジェットヘッド装置１０を用いて立体物５を製造しているが、用いるインクジェットヘッド装置はこれらに限定されるものではなく、図６から図９にそれぞれ示すインクジェットヘッド装置を用いることも可能である。

図６に示すインクジェットヘッド装置１０ａの下面には、大きく分けて２つのインクジェットヘッド１１Ｈ´および１２Ｈ´が搭載されている。図６に示すように、第１インクジェットヘッド１１Ｈ´と、第２インクジェットヘッド１２Ｈ´とは、Ｘ方向に沿って配設位置がずれており、且つＹ方向に沿って配設位置がずれている。

図７は、インクジェットヘッド装置の変形例を示す図である。図７に示すインクジェットヘッド装置１０ｂの下面には、シアンインク用ノズル１０（Ｃ）と、マゼンタインク用ノズル１０（Ｍ）と、イエローインク用ノズル１０（Ｙ）と、ブラックインク用ノズル１０（Ｋ）と、白色インク用ノズル１０（Ｗ）と、透明インク用ノズル１０（ＣＬ）とが、この順でＹ方向に配列して設けられている。

図８は、インクジェットヘッド装置の更に別の変形例を示す図である。図８に示すインクジェットヘッド装置１０ｃの下面には、白色インク用ノズル１０（Ｗ）と、透明インク用ノズル１０（ＣＬ）と、イエローインク用ノズル１０（Ｙ）と、マゼンタインク用ノズル１０（Ｍ）と、シアンインク用ノズル１０（Ｃ）と、ブラックインク用ノズル１０（Ｋ）と、透明インク用ノズル１０（ＣＬ）と、白色インク用ノズル１０（Ｗ）とが、この順でＹ方向に配列して設けられている。

図９は、インクジェットヘッド装置の更に別の変形例を示す図である。図９に示すインクジェットヘッド装置１０ｄは、Ｙ軸に沿って往復移動可能なキャリッジ１５と、キャリッジ１５に搭載された複数のノズル列と、キャリッジ１５に搭載された紫外線照射器１４ａ，１４ｂとを備える。キャリッジ１５をＹ方向に移動させて、ノズル列から紫外線硬化型インクを吐出するとともに、紫外線照射器１４ａ，１４ｂから紫外線を照射させる走査をおこなう。複数のノズル列は、図９に示すようにＹ方向に沿って併設されており、Ｙ方向における紙面左側から紙面右側に向けて、シアンインク用ノズル列Ｃ、マゼンタインク用ノズル列Ｍ、イエローインク用ノズル列Ｙ、ブラックインク用ノズル列Ｋ、白色インク用ノズル列Ｗ、および透明インク用ノズル列ＣＬがこの順に配列されている。複数のノズル列各々は、キャリッジ１５に搭載されているため、キャリッジ１５の移動に伴うＹ方向への移動時に紫外線硬化型インクを吐出することが可能となっている。

図７、図８および図９では全てのノズルが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の全てのインクを吐出しての層形成も可能である。図１１では一回のＹ方向への移動でインクの吐出と同時に紫外線照射もおこなわれるため、紫外線硬化型インクの場合での一層の硬化も吐出と同じタイミングでおこなうことができる。

（６）立体物の製造装置及び製造方法の変形例
次に、立体物の製造装置及び製造方法の別の実施形態について、図１０〜図１３を用いて説明する。図１０は、本発明の別の実施形態に係る立体物造形装置２００に具備されるインクジェットヘッド装置１００の構成を示した模式図である。図１１〜図１３は立体物造形装置２００を用いて立体物を製造する方法を示す模式図である。

まず、インクジェットヘッド装置１００の構成について説明する。図１０に示すように、インクジェットヘッド装置１００は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）、透明インク、ホワイトインク、モデル材、サポート材の各インクを吐出するためのノズルＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ、ＣＬ、Ｗ、ＭＯ、Ｓを備えている。上述のように本発明によればサポート材を用いずに立体物を製造できるが、オーバーハング部分の形状によってはサポート材を用いてもよいため、インクジェットヘッド装置１００では、ノズルＳを備えている。

また、インクジェットヘッド装置１００は、ローラー（加圧機構）Ｒ、紫外線照射器１０１および１０２を備えている。ローラーＲはノズルＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ、ＣＬ、Ｗ、ＭＯ、Ｓに対して、矢印Ｙ方向（副走査方向）隣接して設けられている。また、ローラーＲの回転軸がノズル列と平行になるように設けられており、ローラーＲの回転軸方向の長さはノズル列の長さ以上と略同じとなっている。これにより、一回の走査で吐出されるインクの全てに対して加圧することができる。

本実施形態では、インクの層を形成した後にローラーＲによって、インク層の厚さを平坦にすることができる。より具体的には、ローラーＲは回転しながら、ノズルＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ、ＣＬ、Ｗ、ＭＯ、Ｓから吐出されたインク層の上を矢印Ｙ’方向に移動することで、当該インク層を加圧する。これによりインク層の厚さを平坦にすることができる。

図１１に示すように、立体物造形装置２００は、インクジェットヘッド装置１００、Ｙバー１１０、高さ方向ガイドバー２０１、造形台２０２を備えている。なお、図１１において、説明の簡単のため、インクジェットヘッド装置１００のノズルが設けられた面を破線で示しているが、図１１は立体物造形装置２００を矢印Ｘ方向から見た図であるので、実際には、インクジェットヘッド装置１００は、実線で示し１００の番号を付した部分のように、その側面が見える。

Ｙバー１１０は、インクジェットヘッド装置１００のＹ方向（副走査方向）への移動する軌跡を規定するものである。つまり、インクジェットヘッド装置１００はＹバー１１０に取り付けられており、Ｙバー１１０の長さ方向に沿って移動する。

高さ方向ガイドバー２０１は造形台２０２の高さを変更するためのものである。造形台２０２は、高さ方向ガイドバー２０１に取り付けられており、高さ方向ガイドバー２０１の長さ方向に従って移動する。これにより、造形台２０２の高さを調節することができる。

インクジェットヘッド装置１００から吐出されたインクが造形台２０２上に積層していくことで、造形台２０２上に立体物Ｐが製造される。例えば、インクジェットヘッド装置１００からインクを吐出して一層設けると、造形台２０２は鉛直方向下向きに移動する。これにより、インクを吐出する位置から着弾面までの距離を調節しながら、立体物Ｐを製造することができる。ただし、本発明はこのような形態に限定されるものではなく、インクジェットヘッド装置１００を鉛直方向に移動可能としてもよい。

次に、図１２を用いてローラーＲでインクの層を加圧して、各層を平坦にして、且つ、高さを所望の厚さにより均一にする方法について説明する。

ローラーＲで加圧される前のインク層の厚さをＴ、加圧された後のインク層の厚さをｔとする。図１２では、既に３層形成され、ローラーＲで加圧されたため、当該３層は厚さｔとなっている。また、インクジェットヘッド装置１００のＹ方向の移動速度をＶｙとし、ローラーの矢印Ａ方向の周速（外周面の回転速度）をＶｒとする。

図１２に示す通り、前回形成された層の上に着弾したインクの厚さは、当初、Ｔとなっている。この上を、ローラーＲは、インクジェットヘッド装置１００に設けられているため、速度ＶｙでＹ方向に移動する。ここで、ローラーＲの周速Ｖｒを速度Ｖｙとは逆向きであり、且つ、等しい速さとする。このようにすることで、インクの層の最上層に対して、ローラーＲは、摺動（擦れ）することなく、Ｚ軸方向に加圧しながら移動することとなる。その結果、最上層はＺ軸方向に加圧されていき、厚さｔとなる。

例えば、Ｔを平均１５μｍとする。インクジェットヘッド装置１００等の構成にもよるが、例えば、ノズル毎の成形精度のばらつき等により、吐出するインク滴の容積に１０％程度のばらつきがある場合がある。この場合、最上層の厚さは１３．５μｍ〜１６．５μｍの範囲で凹凸が存在することになる。しかし、このような凹凸があっても、ローラーＲで加圧していくことにより、厚さｔを１４μｍに平坦化することができる。尚、tの値はＴの値より大きいと造形物に空隙ができ、Ｔの値より小さいと、差の量がＸ，Ｙ方向への拡がりとなる。空隙は累積すると積層の凹凸になるので、Ｔの値に等しいか僅かに小さい方が好ましい。

立体物Ｐを造形するためには、１層を形成する毎に造形台をＺ軸の正方向に１４μｍ走査してもよく、インクジェットヘッド装置１００をＺ軸の負方向に１４μｍ走査してもよい。また、ローラーＲによる加圧は、１層形成する毎に行なってもよいし、複数層形成する毎に行なってもよい。

また、本実施形態においても、本発明によってサポート材を用いずにオーバーハング部分Ｈを形成することが可能である。オーバーハング部分の傾斜は、ローラーＲの加圧の程度によって制御可能である。ローラーＲによって加圧されることで、インク層の端が外側に押し出されるため、次の層で最も外側に滴下するインク滴を載せる部分が増える。当該部分に次の走査でのインク滴が着弾することで、造形台２０２までインクが落下することを防ぐことができる。よって、当該インク滴の一部分を前回形成した層の外側に重畳させることが容易となり、サポート材を用いずに、オーバーハング部分を有する立体物を製造することがより容易となる。なお、Ｚ軸方向への加圧により、積層途中の造形物はＸ、Ｙ方向へ拡がるが、その量は僅かであり、また例えば造形内部に空洞部分を形成すれば拡がり分が吸収されて実質的に問題を無くすことができる。

また、ローラーＲの具体的な形態については、特に限定されるものではないが、外周面はインクに対して親和性の無い材料とすることがより好ましい。例えば、金属のローラー表面にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素コーティングを施したもの、フッ素系又はシリコン系のゴムを貼り付けたもの等が好ましい。

また、図１２に示すように、インクジェットヘッド装置１００はパッド１０３を備えている。パッド１０３はローラーＲを洗浄して、ローラーＲに付着したインクを取り除くためのものである。パッド１０３は例えば、フェルト等で形成すればよい。

次に図１３を用いて、２層形成する毎にローラーＲで加圧しながら、立体物Ｐを製造する方法について説明する。

まず図１３の（ａ）に示すように、インクジェットヘッド装置１００をＹ軸の正方向に移動させながらインクを吐出する。インクの吐出は造形データ及び着色データに基づいて行われる。造形台２０２の高さは、インクの吐出対象の面がローラーＲの下端に接触しない位置に配置される。例えば、ノズル面下端からインクの吐出対象の面の上面までの距離を１．５ｍｍとして、ローラーＲの下端からインクの吐出対象の面までの距離を１００μｍとする。

ノズルからインクが吐出されながら、紫外線照射器１０１から紫外線を照射することで最上層のインクを硬化する。ただし、紫外線照射器１０１から紫外線を照射せずに、後述するローラーＲで加圧した後に紫外線照射器１０２から紫外線を照射して、２層毎に硬化を行なってもよい。また、３層以上形成する毎に紫外線を照射してもよい。

最上層が形成された後に、造形台２０２の高さを上げる。これは、次に形成する層の上面に対してローラーＲが加圧できるようにするためである。つまり、上述のようにローラーＲの下端からインクの吐出対象の面までの距離を１００μｍとしたのは、ローラーＲが最上層に当たらない距離を十分に確保したためであり、高さを上げることで次回形成される層の上面に対して加圧できるようにする。

例えば、加圧後の１層の厚さを１４μｍとしたい場合、造形台２０２を７２μｍ上げることで、２層の高さＴの合計３０μｍに対して、ローラーＲの下端面から、当該２層が形成される前の最上層までの距離が２８μｍになる。これにより、当該２層を加圧することで、２層の合計の厚さを２８μｍにして、且つ、平坦化することができる。

図１３の（ｂ）に示すように、ローラーＲの下端面から、当該２層が形成される前の最上層までの距離が２８μｍにした後、インクジェットヘッド装置１００をＹ軸の負方向に移動させながら、インクを吐出して新たな層を形成する。ローラーＲは、インクジェットヘッド装置１００の移動速度Ｖｙと同じ速度の周速で矢印Ａ方向に回転しながら、当該新たな層を加圧していく。また、紫外線照射器１０２で紫外線を照射してインク層を硬化していく。

以上により、それぞれの高さ２層で２８μｍのインク層が形成される。これまでの操作を繰り返すことで、Ｙ軸方向の走査一往復毎に１回の平坦化が行われながら、立体物Ｐが製造される。

なお、ノズルＴとローラーＲとの間に仮硬化用の紫外線照射器を設けて、仮硬化した後の層を加圧してもよい。

[付記事項]
以上のように、本発明の一形態に係る立体物造形装置４０は、インクから形成される複数の層を堆積させて立体物を造形する立体物造形装置４０であって、前回形成した層の上に、次の層を形成するときに、当該次の層の端を形成するインクを、当該前回形成した層の端に近い側の一部分を当該前回形成した層の端を形成するインクの上に重畳させることで、残りの部分の直下に空隙を設ける。

上記の構成によれば、サポート材を使用せずに、先述したオーバーハング部分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、インクを、前回形成されたインク層の端から内側の領域に対して、当該端に近い側の一部分を重畳させることで、該インクの残りの部分の直下に空隙を設けることができる。この直下に空隙が設けられた該残りの部分が、インク堆積層の端の上において該端から張り出したオーバーハング部分に相当する。

このような形成方法を採用したインクジェットヘッド装置１００を具備することにより、サポート材を形成することなくオーバーハング部分を形成することが可能であるから、サポート材を形成する手間がかからず、また、サポート材に係るコストを抑えることができる。更に、本発明によれば、形成したサポート材を除去する工程が不要であるために、サポート材を用いる従前の技術よりも、立体物をスピーディーに造形することが可能である。また、本発明は、サポート材の廃棄物が生じず、環境に優しい立体造形を実現することができる。

また、本発明の一形態に係る立体物造形装置４０では、上記の構成に加えて、上記インクは透明インクとすることができる。

上記の構成によれば、透明インクでオーバーハング部分を形成することから、立体物の色調に影響を与えずに、オーバーハング部分を形成することができる。

また、本発明に係る立体物造形装置の一形態では、上記の構成に加えて、上記インクは紫外線硬化型インクである。

上記の構成によれば、紫外線硬化型インクを用いることにより、短時間で硬化できる。そのため、積層させることが容易であり、立体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。

本発明に係る立体物造形装置の一形態では、最も上にあるインクの層に接して、当該層を上方から加圧するローラーＲを有する。

上記の構成によれば、加圧機構でインク層を押圧して、当該インク層の厚さを平坦にすることができる。また、インク層の平面方向に延ばすことができるので、オーバーハング部分を形成しやすい。

本発明に係る立体物造形装置の一形態では、ローラーＲは、加圧する対象の層の上方に接して移動しつつ回転するローラーであって、接する位置において、移動方向とは逆方向に回転するものである。

上記の構成によれば、インクの層の最上層に対して、摺動（擦れ）することなく、下方向に加圧しながらローラーＲを移動させることができる。これにより、あたかも最上層に対して、常に上方から加圧しながら、連続して移動方向に加圧していく状態にすることができる。

本発明に係る立体物造形装置の一形態では、ローラーＲの表面がインクに対する親和性の無い材質からなる。

上記の構成によれば、インクがローラーの表面に付着することを防ぐことができる。

また本発明の一形態に係る立体物造形方法は、インクから形成される複数の層を堆積させて立体物を造形する立体物造形方法であって、前回形成した層の上に、次の層を形成するときに、当該次の層の端を形成するインクを、当該前回形成した層の端に近い側の一部分を当該前回形成した層の端を形成するインクの上に重畳させることで、残りの部分の直下に空隙を設ける吐出工程を含むことを特徴としている。

上記の構成によれば、サポート材を使用せずに、先述したオーバーハング部分を形成することができる。

具体的には、本発明の上記の構成によれば、インクを、前回形成されたインクの層の端から内側の領域に対して、当該端に近い側の一部分を重畳させることで、該インクの残りの部分の直下に空隙を設けることができる。この直下に空隙が設けられた該残りの部分が、インク堆積層の端の上において該端から張り出したオーバーハング部分に相当する。

このような形成方法を採用することにより、サポート材を形成することなくオーバーハング部分を形成することが可能であるから、サポート材を形成する手間がかからず、また、サポート材に係るコストを抑えることができる。更に、本発明によれば、形成したサポート材を除去する工程が不要であるために、サポート材を用いる従前の技術よりも、立体物をスピーディーに造形することが可能である。また、本発明は、サポート材の廃棄物が生じず、環境に優しい立体造形を実現することができる。

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。

本発明は、立体物を自動造形して販売する立体物自動販売機等の、立体物を造形するあらゆる立体物造形装置に広く適用することができる。

１ 光反射層
２ 第１の透明層
３ 着色層
４ 第２の透明層
４ｈ オーバーハング部分
５、５´ 立体物
５ａ 層
１０、１０ａ〜ｄ、１００ インクジェットヘッド装置
１１Ｈ 第１インクジェットヘッド
１２Ｈ 第２インクジェットヘッド
１３Ｈ 第３インクジェットヘッド
１４ａ、１４ｂ 紫外線照射器
１５ キャリッジ
２０ 紫外線照射装置
３０ 制御装置
３１ 第１制御部
３２ 第２制御部
４０、２００ 立体物造形装置
５１ 白色層の一部分
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
Ｂ 形成面
Ｒ ローラー（加圧機構）

Claims (5)

1. インクから形成される複数の層を堆積させて立体物を造形する立体物造形装置であって、
   インクジェットヘッド装置と、制御装置とを備え、
   上記制御装置は、前回形成した層の上に、次の層を形成するときに、当該次の層の端を形成するインクを、当該前回形成した層の端に近い側の一部分を当該前回形成した層の端を形成するインクの上に重畳させることで、残りの部分の直下に空隙を設けるように上記インクジェットヘッド装置を制御し、
   上記インクジェットヘッド装置は、最も上にあるインクの層に接して、当該層を上方から加圧する加圧機構を有し、
   上記インクは紫外線硬化型のインクであり、
   上記インクジェットヘッド装置は、吐出した上記インクに紫外線を照射する紫外線照射器をさらに備えていることを特徴とする立体物造形装置。
2. 上記インクは透明インクであることを特徴とする請求項１に記載の立体物造形装置。
3. 上記加圧機構は、加圧する対象の層の上方に接して移動しつつ回転するローラーであって、接する位置において、移動方向とは逆方向に回転するローラーを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の立体物造形装置。
4. 上記ローラーの表面がインクに対する親和性の無い材質からなることを特徴とする請求項３に記載の立体物造形装置。
5. 紫外線硬化型のインクから形成される複数の層を堆積させて立体物を造形する立体物造形方法であって、
   前回形成した層の上に、次の層を形成するときに、当該次の層の端を形成するインクを、当該前回形成した層の端に近い側の一部分を当該前回形成した層の端を形成するインクの上に重畳させることで、残りの部分の直下に空隙を設ける吐出工程と、
   最も上にあるインクの層に接して、当該層を上方から加圧する工程とを含み、
   上記吐出工程において吐出した上記インクに紫外線を照射する紫外線照射工程をさらに含むことを特徴とする立体物造形方法。

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