JP2016168750A - 三次元造形装置、製造方法およびコンピュータープログラム - Google Patents

Abstract

【課題】液体を吐出して着色された三次元物体を造形する技術で、見かけの解像度が低下を抑制可能な技術を提供する。
【解決手段】断面体のＸ方向の造形解像度と、Ｙ方向の造形解像度と、Ｚ方向への積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、物体の材料となる液体を吐出するヘッド部５０と、ヘッド部５０を制御する制御部７０とを備え、ヘッド部５０は、複数種類の有色液体を単位格子内に吐出可能であり、制御部７０は、ヘッド部を５０制御して、物体の表面から内部へ向かう方向において互いに隣り合う２つの単位格子のうち、第１単位格子内に指定した種類の有色液体を吐出させ、第２単位格子内に第１単位格子内に吐出した有色液体と同じ種類の有色液体を少なくとも１つ含む一種類以上の有色液体を吐出させ、第１単位格子内に吐出された有色液体と第２単位格子内に吐出された有色液体とを用いて物体の表面の色を表現することが可能な三次元造形装置１００。
【選択図】図１

Description

本発明は、三次元造形装置に関する。

近年、インクジェット技術を採用した三次元造形装置が注目されている。インクジェット技術を採用した三次元造形装置では、硬化性を有する液体を吐出して水平方向（ＸＹ方向）に沿った一層分の断面体を形成する工程を、高さ方向（Ｚ方向）に何層にもわたって行うことで、三次元物体の造形が行われる。例えば、特許文献１に記載された三次元造形装置では、外周部分が着色された層と、外周部分が着色されていない層と、を重ね合わせることによって、色の濃淡を表現している。

特開２０１１−７３１６３号公報 特開２００１−１５０５５６号公報 特開２００５−６７１３８号公報 特開２０１０−５８５１９号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、外部から観察したときに、１層につき、１色しか表現することができないため、色の再現性が低下する問題があった。そのため、液体を吐出して着色された三次元物体を造形する技術において、色の再現性を向上させる技術が求められている。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、断面体をＺ方向に複数積層して三次元の物体を造形する三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、前記断面体のＸ方向の造形解像度と、前記断面体のＹ方向の造形解像度と、前記断面体の前記Ｚ方向への積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、前記物体の材料となる液体を吐出して前記物体を造形するヘッド部と、前記ヘッド部を制御する制御部と、を備え、前記ヘッド部は、無色液体と、指定された色を表すための複数種類の有色液体とを、それぞれ前記単位格子内に吐出可能であり、前記制御部は、前記ヘッド部を制御して、前記物体の表面から内部へ向かう方向において互いに隣り合う２つの前記単位格子のうち、前記物体の表面側に位置する第１単位格子内に前記複数種類の有色液体のうちの指定した種類の有色液体を吐出させ、前記物体の内部側に位置する第２単位格子内に前記第１単位格子内に吐出した有色液体と同じ種類の有色液体を少なくとも１つ含む一種類以上の有色液体を吐出させ、前記第１単位格子内に吐出された有色液体と前記第２単位格子内に吐出された有色液体とを用いて前記物体の表面の色を表現することが可能に構成されていることを特徴とする。
このような形態の三次元造形装置であれば、物体の奥行き方向に対しても着色を行うため、物体の外面から観察される色の濃淡をより細かく表現することができる。これにより、物体の表面において単位面積あたりに表現可能な色数を増加させることができ、色の再現性も向上させることができる。

（２）上記形態の三次元造形装置において、前記単位格子は、前記Ｚ方向に並ぶ複数の副単位格子を有しており、前記ヘッド部は、前記無色液体と前記複数種類の有色液体とを、それぞれ、指定された量、前記各副単位格子内に吐出可能であり、前記制御部は、前記ヘッド部を制御して、前記各副単位格子に対して、前記複数種類の有色液体のうち、指定した種類の有色液体を吐出させ、前記副単位格子の空間体積が前記有色液体によって満たされない場合には、前記有色液体に加えて、前記無色液体を前記副単位格子に吐出させて、前記副単位格子の空間体積を満たしてもよい。
このような形態の三次元造形装置であれば、造形解像度に応じた単位格子よりも細かな単位である副単位格子に対して、吐出する有色液体の量を調整することができるので、着色された三次元物体を造形する際の色の再現性を向上させることができる。また、上記形態では、副単位格子に対して吐出した有色液体の量によって副単位格子の空間体積が満たされない場合には、無色液体によって、副単位格子の残りの空間体積を埋める。そのため、各副単位格子の体積が均一化されるとともに、単位格子の体積も均一化される。そのため、三次元物体を精度よく造形することができる。

（３）上記形態の三次元造形装置において、前記単位格子は、第１副単位格子と、前記第１副単位格子の鉛直方向上方に位置する第２副単位格子とを有しており、前記ヘッド部は、所定の方向に走査しながら前記単位格子に液体を吐出するものであり、液体を吐出する複数のノズル群を備え、前記ヘッド部の主走査方向において、前記第１副単位格子に前記有色液体を吐出する第１ノズル群の後方側に前記第１副単位格子に前記無色液体を吐出する第２ノズル群が配置され、前記第２ノズル群の後方側に前記第２副単位格子に前記有色液体を吐出する第３ノズル群が配置され、前記第３ノズル群の後方側に前記第２副単位格子に前記無色液体を吐出する第４ノズル群が配置されていてもよい。
このような形態の三次元造形装置であれば、第１ノズル群および第２ノズル群から吐出される液体によって第１副単位格子を満たした後、第３ノズル群および第４ノズル群から吐出される液体によって第２副単位格子を満たすことができる。そのため、第１副単位格子と第２副単位格子のそれぞれにおいて、吐出する有色液体の量を調整しつつ、無色液体で各副単位格子の空間体積を満たすことができる。これにより、各副単位格子の体積をより容易に均一化させることができる。また、第１副単位格子に吐出された有色液体は第１副単位格子の下方に位置し、無色液体は上方に位置するため、第１副単位格子の下方側が物体の表面側となる場合には、色の再現性を向上させることができる。

（４）上記形態の三次元造形装置において、前記ヘッド部は、所定の方向に走査しながら前記単位格子に液体を吐出するものであり、液体を吐出する複数のノズル群を備え、前記ヘッド部の主走査方向において、前記単位格子に前記有色液体を吐出する第５ノズル群の後方側に前記単位格子に前記無色液体を吐出する第６ノズル群が配置され、前記第６ノズル群の後方側に前記単位格子に前記無色液体を吐出する第７ノズル群が配置されていてもよい。
このような形態の三次元造形装置であれば、例えば、第５ノズル群から吐出された有色液体の総量が少なく、単位格子を液体で満たすために必要な無色液体の量が第６ノズル群と第７ノズル群の一方から吐出可能な量よりも大きい場合であっても、第６ノズル群と第７ノズル群の２つのノズル群から無色液体を順に吐出することによって、単位格子を液体で満たすことができる。よって、単位格子の体積をより容易に均一化させることができる。

（５）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記ヘッド部を制御して、前記第１単位格子および前記第２単位格子に吐出された液体の最上部が前記無色液体となるように、前記無色液体および前記有色液体を吐出させてもよい。
このような形態の三次元造形装置であれば、単位格子に吐出された有色液体の単位格子内における広がり方を均一化させることができ、単位格子毎の色のばらつきを低減できる。すなわち、単位格子に吐出された有色液体は、有色液体上に着弾する場合と、無色液体上に着弾する場合とで、着弾後の有色液体の広がり方が異なる。そのため、単位格子の最上部を無色液体で構成することによって、この単位格子の上部の単位格子に吐出される有色液体を無色液体上に着弾させることができる。これにより、着弾後の有色液体の広がり方を均一化させることができ、広がり方の違いによる色のばらつきを低減できる。

本発明は、三次元造形装置としての形態以外にも、種々の形態で実現することが可能である。例えば、三次元造形装置が三次元の物体を製造する製造方法や、コンピューターが三次元造形装置を制御して三次元の物体を造形するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムが記録された一次的でない有形の記録媒体等の形態で実現することができる。

第１実施形態としての三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。 ヘッド部の概略構成を示す説明図である。 三次元造形処理のフローチャートである。 三次元物体を造形する手法を説明するための図である。 物体の側面の色を表現する手法を説明するための図である。 物体の側面部に対応する単位格子の例を示す図である。 物体の底面の色を表現する手法を説明するための図である。 第１実施形態の効果の一例を説明するための図である。 第２実施形態のヘッド部の概略構成を示す説明図である。 第２実施形態における単位格子の例を示す図である。 第３実施形態における単位格子の例を示す図である。 第４実施形態における単位格子の例を示す図である。 第５実施形態のヘッド部の概略構成を示す説明図である。 第６実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態としての三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。三次元造形装置１００は、造形部１０と、粉体供給部２０と、平坦化機構３０と、粉体回収部４０と、ヘッド部５０と、硬化エネルギー付与部６０と、制御部７０と、を備えている。制御部７０には、コンピューター２００が接続されている。三次元造形装置１００とコンピューター２００とをあわせて広義の三次元造形装置として捉えることもできる。図１には、互いに直行するＸ方向とＹ方向とＺ方向とを示している。Ｚ方向は、鉛直方向に沿った方向であり、Ｘ方向は、水平方向に沿った方向である。Ｙ方向は、Ｚ方向およびＸ方向に垂直な方向である。

造形部１０は、内部に三次元物体が造形される槽状の構造体である。造形部１０は、ＸＹ方向に沿った平坦な造形ステージ１１と、造形ステージ１１の周囲を囲みＺ方向に立設された枠体１２と、造形ステージ１１をＺ方向に沿って移動させるアクチュエーター１３とを備える。造形ステージ１１は、制御部７０がアクチュエーター１３の動作を制御することにより、枠体１２内においてＺ方向に移動する。

粉体供給部２０は、造形部１０内に粉体を供給する装置である。粉体供給部２０は、例えば、ホッパーやディスペンサーにより構成される。

平坦化機構３０は、造形部１０の上面を水平方向（ＸＹ方向）に移動することによって、造形部１０内または、枠体１２上に供給された粉体を平坦化し、造形ステージ１１上に粉体層を形成するための機構である。平坦化機構３０は、例えば、スキージやローラーによって構成される。平坦化機構３０によって造形部１０から押し出された粉体は、造形部１０に隣接して設けられた粉体回収部４０内に排出される。

第１実施形態における三次元造形装置１００は、三次元物体の材料として、硬化性を有する液体（以下、「硬化液」という）と、上述した粉体とを用いる。硬化液としては、モノマーと、モノマーが結合したオリゴマーとを主成分とする液体の樹脂材料と、紫外光が照射されると励起状態となってモノマーあるいはオリゴマーに働きかけて重合を開始させる重合開始剤との混合物を用いる。また、硬化液をヘッド部５０から液滴として吐出可能な程度の低粘度となるように、硬化液中のモノマーは比較的低分子量のモノマーが選択されており、更に１つのオリゴマーに含まれるモノマーの数も数分子程度に調整されている。この硬化液は、紫外光を浴びて重合開始剤が励起状態になると、モノマーが互いに重合してオリゴマーに成長し、またオリゴマー同士もところどころで重合して、速やかに硬化して固体となる性質を有している。

本実施形態では、粉体として、その表面に、硬化液内に含まれているものとは別のタイプの重合開始剤が付着された粉体を用いる。粉体の表面に付着された重合開始剤は、硬化液と接触するとモノマーあるいはオリゴマーに働きかけて重合を開始させる性質を有している。そのため、造形部１０内の粉体に硬化液を供給すると、硬化液が粉体の内部に浸透するとともに、粉体表面の重合開始剤に接触して硬化し、その結果、硬化液が吐出された部分では、粉体同士が硬化した硬化液によって結合された状態となる。なお、粉体として、その表面に重合開始剤が付着された粉体を用いる場合には、重合開始剤を含まない硬化液を用いることも可能である。

ヘッド部５０は、ヘッド部５０に接続されたタンク５９から上述した硬化液の供給を受け、その硬化液をＺ方向に沿って、造形部１０中の粉体層に吐出する装置である。本実施形態では、ヘッド部５０は、硬化液として、色が付されていない無色インクと、色が付された複数種類の有色インクとを吐出可能である。ヘッド部５０は、造形部１０中に造形される三次元物体に対して、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能である。また、ヘッド部５０は、造形部１０内の造形ステージ１１がＺ方向に移動することによって、三次元物体に対して相対的にＺ方向に移動可能である。

本実施形態のヘッド部５０は、いわゆるピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘッドである。ピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘッドは、微細なノズル穴が設けられた圧力室を硬化液で満たしておき、ピエゾ素子を用いて圧力室の側壁を撓ませることによって、圧力室の容積減少分に相当する体積の硬化液を液滴として吐出することが可能である。後述する制御部７０は、ピエゾ素子に印加する電圧波形を制御することによって、ヘッド部５０から吐出する一滴あたりの硬化液の量を調整することが可能である。

硬化エネルギー付与部６０は、ヘッド部５０から吐出された硬化液を硬化させるためのエネルギーを付与するための装置である。本実施形態では、硬化エネルギー付与部６０は、ヘッド部５０をＸ方向に挟むように配置された本硬化用発光装置６１と仮硬化用発光装置６２とによって構成されている。ヘッド部５０が移動すると、それに伴い、硬化エネルギー付与部６０も移動する。本硬化用発光装置６１および仮硬化用発光装置６２からは、硬化液を硬化させるための硬化エネルギーとして、紫外線が照射される。仮硬化用発光装置６２は、吐出された硬化液をその着弾位置に固定するための仮硬化を行うために用いられる。本硬化用発光装置６１は、仮硬化後に、硬化液を完全に硬化させるために用いられる。仮硬化用発光装置６２から照射される紫外線のエネルギーは、例えば、本硬化用発光装置６１から照射される紫外線の２０〜３０％のエネルギーである。

制御部７０は、ＣＰＵとメモリーとを備えている。ＣＰＵは、メモリーあるいは記録媒体に記憶されたコンピュータープログラムをメモリーにロードして実行することによって、アクチュエーター１３と、粉体供給部２０と、平坦化機構３０と、ヘッド部５０と、硬化エネルギー付与部６０と、を制御して三次元物体を造形する機能を有する。詳細は後述するが、この機能には、ヘッド部５０を制御して、後述する単位格子ＵＧ（図４参照）内に、有色インクおよび無色インクを吐出させることによって、単位格子ＵＧの空間体積を、これらのインクによって満たすようにする機能が含まれている。また、この機能には、互いに隣り合う２つの単位格子ＵＧに有色インクを吐出し、２つの単位格子ＵＧに吐出された有色インクの組合せによって１つの色を表現する機能が含まれている。なお、これらの機能は電子回路によって実現されてもよい。

図２は、ヘッド部５０の概略構成を示す説明図である。本実施形態では、ヘッド部５０は、無色インクとしての透明（ＣＬ）インクと、有色インクとしてのシアン（Ｃ）インクと、イエロー（Ｙ）インクと、マゼンタ（Ｍ）インクと、ブラック（ＢＫ）インクを吐出することができる。なお、ヘッド部５０が吐出するインクの色は、これらに限られない。例えば、ヘッド部５０はホワイト（Ｗ）を吐出可能に構成されていてもよい。ヘッド部５０には、シアン（Ｃ）インクの液滴を吐出する第１Ａノズル群５１と、イエロー（Ｙ）インクの液滴を吐出する第１Ｂノズル群５２と、透明（ＣＬ）インクの液滴を吐出する第２ノズル群５３と、マゼンタ（Ｍ）インクの液滴を吐出する第３Ａノズル群５４と、ブラック（ＢＫ）インクの液滴を吐出する第３Ｂノズル群５５と、透明（ＣＬ）インクの液滴を吐出する第４ノズル群５６と、とが主走査方向（Ｘ方向）にこの順に並んで配置されている。第２ノズル群５３から吐出される透明インクと第４ノズル群５６から吐出される透明インクを区別するため、以後、第２ノズル群５３から吐出される透明インクを「第１クリアインクＣＬ１」とも呼び、第４ノズル群５６から吐出される透明インクを「第２クリアインクＣＬ２」とも呼ぶ。各ノズル群５１〜５６には、複数のノズルＮｚが副走査方向（Ｙ方向）に沿ってジグザグ状に並んで配置されている。なお、各ノズル群５１〜５６において、ノズルＮｚは直線状に並んで配置されていてもよい。また、ノズル群５１、５２、５４、５５から吐出される有色インクの種類は上記に限定されない。以後、第１Ａノズル群５１が形成されている側を「ヘッド部５０の前方側」とも呼び、第４ノズル群５６が形成されている側を「ヘッド部５０の後方側」とも呼ぶ。また、第１Ａノズル群５１と第１Ｂノズル群５２をまとめて「第１ノズル群ＧＮ１」とも呼び、第３Ａノズル群５４と第３Ｂノズル群５５をまとめて「第３ノズル群ＧＮ３」とも呼ぶ。

三次元造形装置１００（図１）が三次元物体を造形（製造）する手法を簡単に説明する。まず、コンピューター２００が、三次元物体の形状を表すポリゴンデータを、Ｚ方向の造形解像度（積層ピッチ）に従ってスライスし、ＸＹ方向に沿った複数の断面データを生成する。この断面データは、Ｘ方向およびＹ方向について所定の造形解像度を有しており、各要素に対して対応するＸＹ座標に吐出する硬化液（有色インクおよび無色インク）の種類および量が格納された二次元のビットマップデータによって表される。つまり、本実施形態では、ビットマップデータによって、三次元造形装置１００の制御部７０に対して、硬化液を吐出させる座標と、吐出させる硬化液の種類と量とが指定される。

三次元造形装置１００の制御部７０は、コンピューター２００から断面データを取得すると、粉体供給部２０および平坦化機構３０を制御して造形部１０内に粉体層を形成する。そして、断面データに従ってヘッド部５０を駆動して硬化液を粉体層に吐出し、その後、吐出された硬化液に向かって硬化エネルギー付与部６０を制御して紫外光を照射し、仮硬化および本硬化を行う。すると、紫外光によって硬化液が硬化して粉体同士が結合し、造形部１０内には、１層分の断面データに対応する断面体が形成される。こうして１層分の断面体を形成すると、制御部７０は、アクチュエーター１３を駆動して造形ステージ１１を、Ｚ方向の造形解像度に応じた積層ピッチ分、Ｚ方向に沿って降下させる。造形ステージ１１を降下させると、制御部７０は、造形ステージ１１上に既に形成された断面体の上に新たな粉体層を形成する。新たな粉体層を形成すると、制御部７０は、コンピューター２００から次の断面データを受け取って、新たな粉体層に硬化液を吐出して紫外光を照射することにより、新たな断面体を形成する。このように制御部７０は、コンピューター２００から各層の断面データを受け取ると、アクチュエーター１３や粉体供給部２０、平坦化機構３０、ヘッド部５０、硬化エネルギー付与部６０を制御することにより、１層ずつ断面体を形成し、それを積層していくことにより、三次元物体を造形する。

図３は、本実施形態において実行される三次元造形処理の具体的なフローチャートである。本実施形態では、まず、コンピューター２００が、記録媒体やネットワーク、コンピューター２００において実行されているアプリケーションプログラム等から、三次元物体の形状を表すポリゴンデータを取得する（ステップＳ１０）。ポリゴンデータを取得すると、コンピューター２００は、ポリゴンデータによって表される各ポリゴンの表面の画像を、Ｃ，Ｍ，Ｙ，ＢＫにそれぞれ分版する（ステップＳ２０）。続いて、コンピューター２００は、各色の階調値に応じて、単位格子ＵＧ（図４）毎に、各有色インクの吐出量を決定する（ステップＳ３０）。後述するように、本実施形態では、奥行き方向に並ぶ２つの単位格子ＵＧ（図４（Ｂ）参照）を用いて階調表現をおこなう。そのため、コンピューター２００は、各色の階調値に応じて、この２つの単位格子ＵＧのそれぞれに対して吐出する各有色インクの吐出量を決定する。各単位格子ＵＧに対する各有色インクの吐出量の決定方法については後述する。

ステップＳ３０の処理が完了すると、コンピューター２００は、ステップＳ３０によって決定された単位格子ＵＧ毎の各有色インクの吐出量を含んだ、断面毎のビットマップデータを生成する（ステップＳ４０）。各断面データにおいて、断面体の最外周に対応する座標を「最外周座標」とし、断面体の最外周と断面体の奥行き方向において隣接する位置に対応する座標を「隣接座標」とする。この場合、上述した奥行き方向に並ぶ２つの単位格子ＵＧのうちの表面側の単位格子ＵＧは、断面データにおける最外周座標に対応し、２つの単位格子ＵＧのうちの内部側の単位格子ＵＧは、断面データの隣接座標に対応する。
そのため、コンピューター２００は、表面側の単位格子ＵＧに吐出する有色インクの吐出量を最外周座標に格納し、内部側の単位格子ＵＧに吐出する有色インクの吐出量を隣接座標に格納する。コンピューター２００は、最外周座標および隣接座標よりも内側の座標には、クリアインク（ＣＬ１とＣＬ２の少なくとも一方）を吐出するための値を格納する。

断面毎にビットマップデータが生成されると、三次元造形装置１００の制御部７０は、それらのビットマップデータをコンピューター２００から受信し、受信したビットマップデータに従って、ヘッド部５０等の各部を制御し、三次元物体を造形する（ステップＳ５０）。上述したように、各断面データの最外周座標と隣接座標には、Ｃ，Ｍ，Ｙ，ＢＫの各色についてのインクの吐出量が記録されており、最外周座標および隣接座標よりも内側の座標には、クリアインクを吐出するための値が格納されている。そのため、ステップＳ５０では、内部が透明で、表面付近に着色が施された物体が造形される。ステップＳ５０では、制御部７０は、以下の手法に従い、三次元物体を造形する。

図４は、三次元物体を造形する手法を説明するための図である。ビットマップデータを受信した制御部７０は、ヘッド部５０を制御して、ビットマップデータにおいて指定された座標に、指定された種類の硬化液（有色インクと無色インクの少なくとも一方）を指定された量だけ吐出させる。言い換えれば、制御部７０は、ヘッド部５０を制御して、図４（Ａ）に示す仮想の三次元格子ＤＬを構成する単位格子ＵＧ毎に、硬化液を吐出して物体の造形を行う。ここでの単位格子ＵＧとは、断面体のＸ方向およびＹ方向の造形解像度と、断面体のＺ方向への積層間隔とに応じた最小の体積を有する仮想の三次元領域であり、上述のように、１つの単位格子ＵＧは、ビットマップデータの１つの座標に対応する。制御部７０は、第１層の断面データ（ビットマップデータ）に基づいて、三次元格子ＤＬの第１層を構成する単位格子ＵＧに硬化液を吐出して第１層分の断面体を完成させた後、第２層の断面データに基づいて、第２層を構成する単位格子ＵＧに硬化液を吐出して第２層分の断面体を完成させる。これを、第Ｎ層まで繰り返すことによって、積層体としての三次元物体を形成する。単位格子ＵＧのことを、ボクセル（Ｖｏｘｅｌ）ともいう。なお、粉体を用いて物体を造形する本実施形態の場合、単位格子ＵＧの空間体積は、単位格子ＵＧの体積から、そこに含まれている粉体の体積を除いた体積となり、その空間体積をほぼ満たすように有色インクおよび無色インクが吐出される。

上述のように、各断面データの最外周座標および隣接座標には、Ｃ，Ｍ，Ｙ，ＢＫの各色の吐出量が記録されており、最外周座標および隣接座標の内側の座標には、クリアインクを吐出するための値が格納されている。そのため、ヘッド部５０は、図４（Ｂ）に示すように、物体の表面側から内部側へ向かう方向（奥行き方向）に連続して並ぶ２つの単位格子（ＵＧ１ａおよびＵＧ２ｂ、または、ＵＧ１ｃおよびＵＧ２ｄ）に有色インクを吐出する。ここで、第１ａ単位格子ＵＧ１ａは、物体の側面に対応する単位格子であり、図４（Ｂ）のハッチ部分は物体の外表面を表す。第２ｂ単位格子ＵＧ２ｂは、第１ａ単位格子ＵＧ１ａの物体の外表面となる側（ハッチ側）の反対側に位置し、第１ａ単位格子ＵＧ１ａとＸ方向またはＹ方向に沿って並ぶ単位格子である。第１ｃ単位格子ＵＧ１ｃは、物体の底面に対応する単位格子であり、第１ｃ単位格子ＵＧ１ｃの底面が物体の底面を構成する。第２ｄ単位格子ＵＧ２ｄは、第１ｃ単位格子ＵＧ１ｃの上面側に位置し、第１ｃ単位格子ＵＧ１ｃとＺ方向に沿って並ぶ単位格子である。第１ａ単位格子ＵＧ１ａおよび第１ｃ単位格子ＵＧ１ｃは、ビットマップデータの最外周座標に対応する。また、第２ｂ単位格子ＵＧ２ｂおよび第２ｄ単位格子ＵＧ２ｄは、ビットマップデータの隣接座標に対応する。本実施形態の第１ａ単位格子ＵＧ１ａおよび第１ｃ単位格子ＵＧ１ｃは、特許請求の範囲の「第１単位格子」に該当し、第２ｂ単位格子ＵＧ２ｂおよび第２ｄ単位格子ＵＧ２ｄは、特許請求の範囲の「第２単位格子」に該当する。

上述のように、第１、２単位格子ＵＧ１ａ〜ＵＧ２ｄに有色インクを吐出し、その他の単位格子ＵＧには無色インクのみを吐出するので、第１、２単位格子ＵＧ１ａ〜ＵＧ２ｄに囲まれた内側部分が透明で、第１、２単位格子ＵＧ１ａ〜ＵＧ２ｄに対応する表面部分に着色が施された物体が造形される。制御部７０は、後述の図５および図６に示す手法に従い、第１ａ単位格子ＵＧ１ａおよび第２ｂ単位格子ＵＧ２ｂに有色インクを吐出する。また、制御部７０は、後述の図７および図８に示す手法に従い、第１ｃ単位格子ＵＧ１ｃおよび第２ｄ単位格子ＵＧ２ｄに有色インクを吐出する。

図５は、物体の側面の色を表現する手法を説明するための図である。図５には、有色インクおよび無色インクが吐出された後の第１ａ単位格子ＵＧ１ａおよび第２ｂ単位格子ＵＧ２ｂを含む単位格子列ＵＣが例示されている。第１ａ単位格子ＵＧ１ａおよび第２ｂ単位格子ＵＧ２ｂは、それぞれ、Ｚ方向に並んだ複数の副単位格子ＳＵを含んでいる。副単位格子ＳＵのことを、サブボクセル（Ｓｕｂ Ｖｏｘｅｌ）ともいう。第１ａ単位格子ＵＧ１ａは、第１ａ副単位格子ＳＵ１ａと第２ａ副単位格子ＳＵ２ａとを含み、第２ｂ単位格子ＵＧ２ｂは、第１ｂ副単位格子ＳＵ１ｂおよび第２ｂ副単位格子ＳＵ２ｂを含んでいる。本実施形態の第１ａ副単位格子ＳＵ１ａおよび第１ｂ副単位格子ＳＵ１ｂは、特許請求の範囲の「第１副単位格子」に該当し、第２ａ副単位格子ＳＵ２ａおよび第２ｂ副単位格子ＳＵ２ｂは、特許請求の範囲の「第２副単位格子」に該当する。

ヘッド部５０は、各副単位格子ＳＵに対して、Ｃ，Ｍ，Ｙ，ＢＫ，ＣＬのいずれかのインクを、制御部７０から指定された量、吐出可能である。第１ａ単位格子ＵＧ１ａの側面側（Ｙ方向側）から観察される物体の側面の色は、各副単位格子ＳＵ１ａ〜ＳＵ２ｂに吐出された有色インクの組合せによって表現される。制御部７０は、各副単位格子ＳＵ内に、Ｃ，Ｍ，Ｙ，ＢＫの有色インクを１種類ずつ吐出させ、それらの有色インクによって各副単位格子ＳＵの空間体積が満たされない場合には、それらの有色インクに加えて、無色インクであるクリアインクＣＬを副単位格子ＳＵ内に吐出させることにより、副単位格子ＳＵの空間体積を、有色インクおよび無色インクの両方によって満たす。そのため、副単位格子ＳＵ内に吐出する有色インクの種類および量にかかわらず、単位格子ＵＧに吐出されたインクの合計の体積がすべて同じになっている。

制御部７０は、以下のような制御をおこなうことができる。制御部７０は、第１ａ副単位格子ＳＵ１ａに対して、第１ノズル群ＧＮ１（図２）から有色インク（ＣまたはＹ）を吐出し、第１ａ副単位格子ＳＵ１ａが有色インクで満たされない場合には、第２ノズル群５３から第１クリアインクＣＬ１を吐出して第１ａ副単位格子ＳＵ１ａを満たす。続いて、第２ａ副単位格子ＳＵ２ａに対して、第３ノズル群ＧＮ３から有色インク（ＭまたはＢＫ）を吐出し、第２ａ副単位格子ＳＵ２ａが有色インクで満たされない場合には、第４ノズル群５６から第２クリアインクＣＬ２を吐出して第２ａ副単位格子ＳＵ２ａを満たす。これにより、第１ａ単位格子ＵＧ１ａの空間体積がインクで満たされる。次に、制御部７０は、第１ｂ副単位格子ＳＵ１ｂに対して、第１ａ副単位格子ＳＵ１ａと同様に、第１ノズル群ＧＮ１から吐出可能な有色インク（ＣまたはＹ）を吐出し、第１ｂ副単位格子ＳＵ１ｂが有色インクで満たされない場合には、第２ノズル群５３から第１クリアインクＣＬ１を吐出して第１ｂ副単位格子ＳＵ１ｂを満たす。続いて、第２ｂ副単位格子ＳＵ２ｂに対して、第２ａ副単位格子ＳＵ２ａと同様に、第３ノズル群ＧＮ３から吐出可能な有色インク（ＭまたはＢＫ）を吐出し、第２ｂ副単位格子ＳＵ２ｂが有色インクで満たされない場合には、第４ノズル群５６から第２クリアインクＣＬ２を吐出して第２ｂ副単位格子ＳＵ２ｂを満たす。

図６は、インクが吐出された後の第１ａ単位格子ＵＧ１ａおよび第２ｂ単位格子ＵＧ２ｂの例を示す図である。本実施形態のヘッド部５０は、有色インクの１滴あたりの吐出量を、ビットマップデータ中の吐出量に応じて、「なし（吐出しない）」「小」、「中」、「大」の４種類から選択する。上述のステップＳ３０（図３）では、コンピューター２００は、第１ａ単位格子ＵＧ１ａおよび第２ｂ単位格子ＵＧ２ｂに対する各有色インクの吐出量を以下のように決定してもよい。例えば、コンピューター２００は、ポリゴンの表面画像の階調値が０％以上５０％未満の場合には、その階調値の大きさに応じて、第１ａ単位格子ＵＧ１ａに対して吐出する有色インクの吐出量を、「なし」、「小」、「中」、「大」から選択する。また、階調値が、５０％以上１００％未満であれば、第１ａ単位格子ＵＧ１ａに対して吐出する有色インクの吐出量を、「大」とし、第２ｂ単位格子ＵＧ２ｂに吐出する有色インクの吐出量を、階調値の大きさに応じて、「なし」、「小」、「中」、「大」から選択する。つまり、本実施形態では、２つの単位格子ＵＧ１ａ、ＵＧ２ｂについて、Ｃ，Ｍ，Ｙ，ＢＫの階調値とそのインク色の吐出量「小」「中」「大」の吐出率とを対応づけたルックアップテーブルと、各インク色のディザマトリクスにより、各インクの吐出量を決定することが可能になる。本実施形態では、吐出量が「小」の場合には、ヘッド部５０は２ｐｌの有色インクを吐出し、「中」の場合には４ｐｌの有色インクを吐出し、「大」の場合には８ｐｌの有色インクを吐出する。有色インクの吐出量が「大」の場合に吐出されるインクの量は、１つの副単位格子ＳＵの容量に一致する。本実施形態では、各インクの吐出量が４段階に区分されるが、ヘッド部５０の吐出量の調整能力に応じて、より細かく、あるいは、大まかに区分されてもよい。

ビットマップデータに基づいて、有色インクの吐出量が上記のように選択されると、制御部７０は、選択された有色インクの吐出量に応じて、その有色インクを吐出する副単位格子ＳＵに吐出するクリアインクの量を決定する。具体的には、制御部７０は、有色インクの吐出量とクリアインクの吐出量との合計が、有色インクの「大」の量に相当するように、クリアインクの吐出量を決定する。具体的には、ヘッド部５０は、無色インクの１滴あたりの吐出量を、「なし（吐出しない）」「小」、「中」、「大」の４種類から選択する。制御部７０は、吐出量が「小」の場合には、ヘッド部５０は４ｐｌの無色インクを吐出し、「中」の場合には６ｐｌの無色インクを吐出し、「大」の場合には８ｐｌの無色インクを吐出する。すなわち、有色インクが「なし」の場合にはクリアインクは「大」、有色インクが「小」の場合にはクリアインクは「中」、有色インクが「中」の場合にはクリアインクは「小」、有色インクが「大」の場合にはクリアインクは「なし」、となる。なお、図５および図６（Ａ）〜（Ｄ）に示された副単位格子ＳＵ内のインクの構成（種類および量）は以下のようになる。
＜図５の構成＞
第１ａ副単位格子ＳＵ１ａ：シアン（Ｃ）、「大」＋第１クリアＣＬ１、「なし」
第２ａ副単位格子ＳＵ２ａ：マゼンタ（Ｍ）、「小」＋第２クリアＣＬ２「中」
第１ｂ副単位格子ＳＵ１ｂ：シアン（Ｃ）、「大」＋第１クリアＣＬ１、「なし」
第２ｂ副単位格子ＳＵ２ｂ：イエロー（Ｙ）、「中」＋第２クリアＣＬ２「小」
＜図６（Ａ）の構成＞
第１ａ副単位格子ＳＵ１ａ：シアン（Ｃ）、「大」＋第１クリアＣＬ１、「なし」
第２ａ副単位格子ＳＵ２ａ：マゼンタ（Ｍ）、「大」＋第２クリアＣＬ２「なし」
第１ｂ副単位格子ＳＵ１ｂ：シアン（Ｃ）、「大」＋第１クリアＣＬ１、「なし」
第２ｂ副単位格子ＳＵ２ｂ：マゼンタ（Ｍ）、「大」＋第２クリアＣＬ２「なし」
＜図６（Ｂ）の構成＞
第１ａ副単位格子ＳＵ１ａ：：イエロー（Ｙ）、「大」＋第１クリアＣＬ１、「なし」
第２ａ副単位格子ＳＵ２ａ：ブラック（ＢＫ）、「大」＋第２クリアＣＬ２「なし」
第１ｂ副単位格子ＳＵ１ｂ：イエロー（Ｙ）、「中」＋第１クリアＣＬ１、「小」
第２ｂ副単位格子ＳＵ２ｂ：ブラック（ＢＫ）、「中」＋第２クリアＣＬ２「小」
＜図６（Ｃ）の構成＞
第１ａ副単位格子ＳＵ１ａ：シアン（Ｃ）、「大」＋第１クリアＣＬ１、「なし」
第２ａ副単位格子ＳＵ２ａ：マゼンタ（Ｍ）、「大」＋第２クリアＣＬ２「なし」
第１ｂ副単位格子ＳＵ１ｂ：イエロー（Ｙ）、「大」＋第１クリアＣＬ１、「なし」
第２ｂ副単位格子ＳＵ２ｂ：ブラック（ＢＫ）、「大」＋第２クリアＣＬ２「なし」
＜図６（Ｄ）の構成＞
第１ａ副単位格子ＳＵ１ａ：：シアン（Ｃ）、「小」＋第１クリアＣＬ１、「中」
第２ａ副単位格子ＳＵ２ａ：マゼンタ（Ｍ）、「小」＋第２クリアＣＬ２「中」
第１ｂ副単位格子ＳＵ１ｂ：イエロー（Ｙ）、「中」＋第１クリアＣＬ１、「小」
第２ｂ副単位格子ＳＵ２ｂ：ブラック（ＢＫ）、「中」＋第２クリアＣＬ２「小」

図７は、物体の底面の色を表現する手法を説明するための図である。図７には、有色インクおよび無色インクが吐出された後の第１ｃ単位格子ＵＧ１ｃと第２ｄ単位格子ＵＧ２ｄとが例示されている。図７（Ａ）〜（Ｄ）に示された副単位格子ＳＵ内のインクの構成は、図６（Ａ）〜（Ｄ）に示されたインクの構成と対応している。第１ｃ単位格子ＵＧ１ｃは、第１ｃ副単位格子ＳＵ１ｃと第２ｃ副単位格子ＳＵ２ｃとを含み、第２ｄ単位格子ＵＧ２ｄは、第１ｄ副単位格子ＳＵ１ｄおよび第２ｄ副単位格子ＳＵ２ｄを含んでいる。第１ｃ副単位格子ＳＵ１ｃおよび第１ｄ副単位格子ＳＵ１ｄは、特許請求の範囲の「第１副単位格子」に該当し、第２ｃ副単位格子ＳＵ２ｃおよび第２ｄ副単位格子ＳＵ２ｄは、特許請求の範囲の「第２副単位格子」に該当する。

制御部７０は、上述した副単位格子ＳＵ１ａ〜ＳＵ２ｂ（図６）と同様に、各副単位格子ＳＵ１ｃ〜ＳＵ２ｄ内に有色インクを１種類ずつ吐出させ、有色インクによって各副単位格子ＳＵの空間体積が満たされない場合には、有色インクに加えて、無色インクであるクリアインクＣＬを副単位格子ＳＵ内に吐出させることにより、副単位格子ＳＵの空間体積を、有色インクおよび無色インクの両方によって満たす。また、制御部７０は、上述した副単位格子ＳＵ１ａ〜ＳＵ２ｂ（図６）と同様の方法によって、ビットマップデータから、副単位格子ＳＵ１ｃ〜ＳＵ２ｄに吐出する有色インクの吐出量を取得し、無色インクの吐出量を決定する。これにより、第１ｃ副単位格子ＳＵ１ｃの下方側から観察される物体の底面の色は、副単位格子ＳＵ１ｃ〜ＳＵ２ｄに吐出された有色インクの組合せによって表現される。

図８は、第１実施形態の効果の一例を説明するための図である。図８には、本実施形態の三次元造形装置１００が表現可能な色域（ａ*ｂ*平面）が示されている。本実施形態の三次元造形装置１００によれば、物体の奥行き方向（図４）に対しても着色を行うため、物体の外面から観察される色の濃淡をより細かく表現することができる。ここでは、１つの副単位格子ＳＵの空間体積をＶｓ、各有色インクについて、１以上の副単位格子ＳＵに吐出された同色インクの量（吐出量）の合計をＭｉとし、副単位格子ＳＵの空間体積Ｖｓに対する有色インクの吐出量Ｍｉをｄｕｔｙ［％］（Ｍｉ／Ｖｓ）と呼ぶ。例えば、図７（Ａ）の（Ｘ，Ｙ）平面となっている部分は、表面側から内部側へ向かう方向（奥行き方向）に連続して並ぶ２つの単位格子ＵＧ１ｃおよびＵＧ２ｄの、第１ｃ副単位格子ＳＵ１ｃと第１ｄ副単位格子ＳＵ１ｄによりシアン（Ｃ）がｄｕｔｙ２００％（副単位格子ＳＵの空間体積の２倍）、第２ｃ副単位格子ＳＵ２ｃと第２ｄ副単位格子ＳＵ２ｄによりマゼンタ（Ｍ）がｄｕｔｙ２００％（副単位格子ＳＵの空間体積の２倍）、にそれぞれなっている。本実施形態では、２つの単位格子ＵＧにそれぞれ含まれる２つの副単位格子ＳＵに有色インクを吐出できるため、物体の外表面を各色あわせて最大でｄｕｔｙ４００％で表現することができる。また、２つの副単位格子ＳＵに同色のインクを吐出できるため、各色について、最大ｄｕｔｙが２００％となる。一方、例えば、同色のインクを１つの副単位格子ＳＵにのみ吐出可能な比較例の構成の場合、各色について、最大ｄｕｔｙが１００％となる。図８では、各色の最大ｄｕｔｙが２００％の本実施形態を破線で示し、各色の最大ｄｕｔｙが１００％の比較例を実線で示す。図８から、本実施形態は、比較例よりも表現可能な色域が広くなることがわかる。このように、本実施形態によれば、物体の表面において単位面積あたりに表現可能な色数を増加させることができ、色の再現性を向上させることができる。

また、本実施形態の三次元造形装置１００によれば、造形解像度に応じた単位格子ＵＧよりも細かな単位である副単位格子ＳＵに対して、吐出する有色液体の量を調整することができるので、着色された三次元物体を造形する際に、１つの単位格子ＵＧにつき１色だけ着色を行う場合に比べて、三次元物体の見かけの解像度が低下することを抑制することができる。また、本実施形態では、副単位格子に対して吐出した有色液体の量によって副単位格子の空間体積が満たされない場合には、無色液体によって、副単位格子の残りの空間体積を埋める。そのため、各副単位格子の体積が均一化されるとともに、単位格子の体積も均一化される。そのため、三次元物体を精度よく造形することができる。

本実施形態の三次元造形装置１００によれば、主走査方向において、第１ａ副単位格子ＳＵ１ａ（図５）に有色液体を吐出する第１ノズル群ＧＮ１（図２）の後方側に無色液体を吐出する第２ノズル群５３が配置され、第２ノズル群５３の後方側に第３ノズル群ＧＮ３が配置され、第２ａ副単位格子ＳＵ２ａに有色液体を吐出する第３ノズル群ＧＮ３の後方側に無色液体を吐出する第４ノズル群５６が配置されている。そのため、第１ノズル群ＧＮ１および第２ノズル群５３から吐出される液体によって第１ａ副単位格子ＳＵ１ａを満たした後、第３ノズル群ＧＮ３および第４ノズル群５６から吐出される液体によって第２ａ副単位格子ＳＵ２ａを満たすことができる。よって、単位格子ＵＧを構成する２つの副単位格子ＳＵ１、Ｓｕ２のそれぞれに対して、吐出する有色液体の量を調整しつつ、無色液体で副単位格子ＳＵ１、ＳＵ２の空間体積を満たすことができる。これにより、各副単位格子の体積をより容易に均一化させることができる。また、上記のノズル群の配列によれば、第１ｃ副単位格子ＳＵ１ｃ（図７（Ｄ））に吐出される有色液体は、第１ｃ副単位格子ＳＵ１ｃにおいて下方側に位置し、その後吐出される無色液体（ＣＬ１）はその上方側に位置する。よって、第１ｃ副単位格子ＳＵ１ｃの下方側が物体の表面側となる場合に、有色液体が物体の表面側に配置されるため、物体の色の再現性を向上させることができる。

Ｂ．第２実施形態：
図９は、第２実施形態のヘッド部５０Ａの概略構成を示す説明図である。第２実施形態のヘッド部５０Ａは、第１実施形態のヘッド部５０と比較して、ノズル群の配置が異なる点以外は同様の構成を備えている。ヘッド部５０Ａには、シアン（Ｃ）インクの液滴を吐出する第５Ａノズル群５１Ａと、イエロー（Ｙ）インクの液滴を吐出する第５Ｂノズル群５２Ａと、マゼンタ（Ｍ）インクの液滴を吐出する第５Ｃノズル群５３Ａと、ブラック（ＢＫ）インクの液滴を吐出する第５Ｄノズル群５４Ａと、第１クリア（ＣＬ１）インクの液滴を吐出する第６ノズル群５６Ａと、第２クリア（ＣＬ２）インクの液滴を吐出する第７ノズル群５７Ａと、とが主走査方向（Ｘ方向）にこの順に並んで配置されている。ノズル群５１Ａ〜５４Ａをまとめて「第５ノズル群ＧＮ５」とも呼ぶ。

図１０は、第２実施形態における単位格子ＵＧの例を示す図である。図１０（Ａ）〜（Ｃ）には、有色インクおよび無色インクが吐出された後の第１ｅ単位格子ＵＧ１ｅおよび第２ｆ単位格子ＵＧ２ｆが例示され、図１０（Ｄ）〜（Ｆ）には、第１ｇ単位格子ＵＧ１ｇおよび第２ｈ単位格子ＵＧ２ｈが例示されている。第２実施形態の単位格子ＵＧ１ｅ〜ＵＧ２ｈは、副単位格子ＳＵを備えていない。制御部７０は、各単位格子ＵＧ１ｅ〜ＵＧ２ｈ内に、Ｃ，Ｍ，Ｙ，ＢＫの有色インクを１種類以上吐出させ、それらの有色インクによって各単位格子ＵＧの空間体積が満たされない場合には、それらの有色インクに加えて、無色インクであるクリアインクＣＬを単位格子ＵＧ内に吐出させることにより、単位格子ＵＧの空間体積を、有色インクおよび無色インクの両方によって満たす。

第１実施形態と同様に、ヘッド部５０は、有色インクの吐出量が「小」の場合には２ｐｌの有色インクを吐出し、「中」の場合には４ｐｌの有色インクを吐出し、「大」の場合には８ｐｌの有色インクを吐出する。制御部７０は、有色インクの吐出量とクリアインクの吐出量との合計が、各単位格子ＵＧの空間体積に相当するように、クリアインクの吐出量を決定する。ここでは、各単位格子ＵＧの空間体積は１６ｐｌで満たされるものとして説明する。第１実施形態と同様に、ヘッド部５０は、無色インクの吐出量が「小」の場合には４ｐｌの無色インクを吐出し、「中」の場合には６ｐｌの無色インクを吐出し、「大」の場合には８ｐｌの無色インクを吐出する。図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示された単位格子ＵＧ内のインクの構成は以下のようになる。図１０（Ｄ）〜（Ｆ）に示された単位格子ＵＧ内のインクの構成は、図１０（Ａ）〜（Ｃ）のインクの構成と同様である。
＜図１０（Ａ）の構成＞
第１ｅ単位格子ＵＧ１ｅ：Ｍ「大」＋ＢＫ「大」
第２ｆ単位格子ＵＧ２ｆ：Ｍ「大」＋ＢＫ「中」＋ＣＬ１「小」
＜図１０（Ｂ）の構成＞
第１ｅ単位格子ＵＧ１ｅ：Ｙ「大」＋Ｍ「大」
第２ｆ単位格子ＵＧ２ｆ：Ｙ「小」＋Ｍ「小」＋ＣＬ１「小」＋ＣＬ２「大」
＜図１０（Ｃ）の構成＞
第１ｅ単位格子ＵＧ１ｅ：Ｃ「大」＋Ｙ「小」＋Ｍ「小」＋ＣＬ２「小」
第２ｆ単位格子ＵＧ２ｆ：Ｃ「中」＋ＣＬ１「小」＋ＣＬ２「大」

以上で説明した第２実施形態によれば、単位格子ＵＧは、副単位格子ＳＵを備えていなくてもよい。また、図１０（Ｃ）に示すように、１つの単位格子ＵＧに吐出される有色液体の種類は２種類に限定されない。また、本実施形態によれば、例えば、第５ノズル群ＧＮ５（図９）から吐出された有色液体の総量が少なく、単位格子ＵＧをインクで満たすために必要な無色液体の量が第６ノズル群５６Ａと第７ノズル群５７Ａの一方から吐出可能な量よりも大きい場合であっても、第６ノズル群５６Ａと第７ノズル群５７Ａの両方のノズル群から無色液体を順に吐出することによって、単位格子ＵＧを液体で満たすことができる。よって、単位格子ＵＧの体積をより容易に均一化させることができる。また、本実施形態によれば、図１０（Ｄ）〜（Ｆ）に示すように、第１ｇ単位格子ＵＧ１ｇに吐出される有色液体は、第１ｇ単位格子ＵＧ１ｇにおいて下方側に位置し、無色液体は有色液体の上方側に位置する。そのため、第１ｇ単位格子ＵＧ１ｇの下方側から物体を見たときの色の再現性を向上させることができる。

Ｃ．第３実施形態：
図１１は、第３実施形態における単位格子ＵＧの例を示す図である。図１１（Ａ）〜（Ｃ）には、有色インクおよび無色インクが吐出された後の第１ｉ単位格子ＵＧ１ｉおよび第２ｊ単位格子ＵＧ２ｊが例示され、図１１（Ｄ）〜（Ｆ）には、第１ｋ単位格子ＵＧ１ｋおよび第２ｍ単位格子ＵＧ２ｍが例示されている。第３実施形態の単位格子ＵＧ１ｉ〜ＵＧ２ｍは、最上部に必ずクリアインクが吐出されるように構成されている。なお、第３実施形態の単位格子ＵＧ１ｉ〜ＵＧ２ｍは、副単位格子ＳＵを備えていない。制御部７０は、各単位格子ＵＧ１ｉ〜ＵＧ２ｍ内に、Ｃ，Ｍ，Ｙ，ＢＫの有色インクを１種類以上吐出させ、その後、無色インクであるクリアインクＣＬを単位格子ＵＧ内に吐出させることにより、単位格子ＵＧの空間体積を、有色インクおよび無色インクの両方によって満たすとともに、単位格子ＵＧの最上部にクリアインクの層を形成する。

第３実施形態のヘッド部は、第１実施形態のヘッド部５０（図２）と同様の構成を備えているが、第１クリアインクＣＬ１を吐出する量が異なる。有色インクと第２クリアインクＣＬ２の吐出量は第１実施形態と同様である。すなわち、第３実施形態のヘッド部は、有色インクの吐出量が「小」の場合には２ｐｌの有色インクを吐出し、「中」の場合には４ｐｌの有色インクを吐出し、「大」の場合には８ｐｌの有色インクを吐出する。このヘッド部は、第１クリアインクＣＬ１の吐出量が「小」の場合には２ｐｌの無色インクを吐出し、「中」の場合には８ｐｌの無色インクを吐出し、「大」の場合には１０ｐｌの無色インクを吐出する。ヘッド部は、第２クリアインクＣＬ２の吐出量が「小」の場合には２ｐｌの無色インクを吐出し、「中」の場合には４ｐｌの無色インクを吐出し、「大」の場合には８ｐｌの無色インクを吐出する。第３実施形態の制御部は、有色インクの吐出量とクリアインクの吐出量との合計が、各単位格子ＵＧの空間体積に相当するように、クリアインクの吐出量を決定する。ここでは、各単位格子ＵＧの空間体積は１８ｐｌで満たされるものとして説明する。図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示された単位格子ＵＧ内のインクの構成は以下のようになる。図１１（Ｄ）〜（Ｆ）に示された単位格子ＵＧ内のインクの構成は、図１１（Ａ）〜（Ｃ）のインクの構成と同様である。
＜図１１（Ａ）の構成＞
第１ｉ単位格子ＵＧ１ｉ：Ｃ「大」＋Ｍ「大」＋ＣＬ２「小」
第２ｊ単位格子ＵＧ２ｊ：Ｃ「大」＋Ｍ「大」＋ＣＬ２「小」
＜図１１（Ｂ）の構成＞
第１ｉ単位格子ＵＧ１ｉ：Ｙ「大」＋ＢＫ「大」＋ＣＬ２「小」
第２ｊ単位格子ＵＧ２ｊ：Ｙ「中」＋ＣＬ１「中」＋ＢＫ「中」＋ＣＬ２「小」
＜図１１（Ｃ）の構成＞
第１ｉ単位格子ＵＧ１ｉ：Ｃ「大」＋ＣＬ１「小」＋Ｍ「中」＋ＣＬ２「中」
第２ｊ単位格子ＵＧ２ｊ：Ｙ「小」＋ＣＬ１「大」＋ＢＫ「小」＋ＣＬ２「中」

以上で説明した第３実施形態によれば、単位格子ＵＧの最上部に無色液体による層が形成されるため、単位格子ＵＧに吐出された有色液体の単位格子ＵＧ内における広がり方を均一化させることができる。すなわち、単位格子ＵＧに吐出された有色液体は、有色液体上に着弾した場合と、無色液体上に着弾した場合とで、着弾後の有色液体の広がり方が異なる。そのため、単位格子ＵＧの最上部を無色液体で構成することによって、この単位格子ＵＧの上方の他の単位格子ＵＧに吐出される有色液体を無色液体上に着弾させることができる。例えば、図１１（Ｄ）〜（Ｆ）に示すように、第２ｍ単位格子ＵＧ２ｍに吐出される有色液体は、第１ｋ単位格子ＵＧ１ｋの最上部に形成された第２クリアインクＣＬ２の上部に着弾させることができる。これにより、着弾後の有色液体の広がり方を均一化させることができる。

Ｄ．第４実施形態：
図１２は、第４実施形態における単位格子ＵＧの例を示す図である。図１２（Ａ）には、有色インクおよび無色インクが吐出された後の第１ｎ単位格子ＵＧ１ｎ、第２ｐ単位格子ＵＧ２ｐおよび第３ｑ単位格子ＵＧ３ｑが例示され、図１２（Ｂ）には、第１ｒ単位格子ＵＧ１ｒ、第２ｓ単位格子ＵＧ２ｓおよび第３ｔ単位格子ＵＧ３ｔが例示されている。単位格子列ＵＣ（図５）に含まれる単位格子ＵＧの数は、２つに限定されない。第４実施形態では、３つ単位格子ＵＧに吐出された有色インクによって、物体の外面の１つの色を表現する。すなわち、第１ｎ単位格子ＵＧ１ｎの側面側（Ｙ方向側）から観察される物体の側面の色は、単位格子ＵＧ１ｎ〜ＵＧ３ｑに吐出された有色インクの組合せによって表現される。

第４実施形態のステップＳ３０（図３）では、コンピューター２００は、第１ｎ単位格子ＵＧ１ｎ、第２ｐ単位格子ＵＧ２ｐおよび第３ｑ単位格子ＵＧ３ｑに対する各有色インクの吐出量を以下のように決定してもよい。例えば、コンピューター２００は、階調値が０％以上３４％未満の場合には、その階調値の大きさに応じて、第１ｎ単位格子ＵＧ１ｎに対して吐出する有色インクの吐出量を、「なし」、「小」、「中」、「大」から選択する。また、階調値が、３４％以上６７％未満であれば、第１ｎ単位格子ＵＧ１ｎに対して吐出する有色インクの吐出量を、「大」とし、第２ｐ単位格子ＵＧ２ｐに吐出する有色インクの吐出量を、階調値の大きさに応じて、「なし」、「小」、「中」、「大」から選択する。更に、階調値が、６７％以上１００％以下であれば、第１ｎ単位格子ＵＧ１ｎおよび第２ｐ単位格子ＵＧ２ｐに吐出する有色インクの吐出量を、両方とも「大」とし、第３ｑ単位格子ＵＧ３ｑに吐出する有色インクの吐出量を、階調値の大きさに応じて、「なし」、「小」、「中」、「大」から選択する。つまり、本実施形態では、３つの単位格子ＵＧについて、Ｃ，Ｍ，Ｙ，ＢＫの階調とそのインク色の吐出量とを対応付けたルックアップテーブルと、各インク色のディザマトリクスにより、各インクの吐出量を決定することが可能になる。

第４実施形態のヘッド部は、第１実施形態のヘッド部５０（図２）と同様の構成を備えている。第４実施形態の制御部は、有色インクの吐出量とクリアインクの吐出量との合計が、各単位格子ＵＧの空間体積に相当するように、クリアインクの吐出量を決定する。ここでは、各単位格子ＵＧの空間体積は１６ｐｌで満たされるものとして示している。図１２（Ａ）に示された単位格子ＵＧ内のインクの構成は以下のようになる。図１２（Ｂ）に示された単位格子ＵＧ内のインクの構成は、図１２（Ａ）のインクの構成と同様である。
＜図１２（Ａ）の構成＞
第１ｎ単位格子ＵＧ１ｎ：Ｃ「大」＋Ｍ「大」
第２ｐ単位格子ＵＧ２ｐ：Ｃ「大」＋Ｍ「大」
第３ｑ単位格子ＵＧ３ｑ：Ｃ「中」＋ＣＬ１「小」＋Ｍ「中」＋ＣＬ２「小」

この構成であっても、物体の奥行き方向に対しても着色を行うため、物体の外面から観察される色の濃淡をより細かく表現することができる。これにより、物体の表面において単位面積あたりに表現可能な色数を増加させることができ、色の再現性も向上させることができる。本実施形態では、３つの単位格子ＵＧにそれぞれ含まれる２つの副単位格子ＳＵに有色インクを吐出できるため、物体の外表面を各色あわせて最大でｄｕｔｙ６００％で表現することができる。また、３つの副単位格子ＳＵに同色のインクを吐出できるため、各色について、最大でｄｕｔｙ３００％で表現することができる。

Ｅ．第５実施形態：
図１３は、第５実施形態のヘッド部５０Ｂの概略構成を示す説明図である。第５実施形態のヘッド部５０Ｂは、第１実施形態のヘッド部５０と比較して、ノズル群の数および配置が異なる。ヘッド部５０Ｂには、シアン（Ｃ）インクの液滴を吐出する第８Ａノズル群５１Ｂと、イエロー（Ｙ）インクの液滴を吐出する第８Ｂノズル群５２Ｂと、マゼンタ（Ｍ）インクの液滴を吐出する第８Ｃノズル群５３Ｂと、ブラック（ＢＫ）インクの液滴を吐出する第８Ｄノズル群５４Ｂと、第１クリア（ＣＬ１）インクの液滴を吐出する第８Ｅノズル群５５Ｂと、とが主走査方向（Ｘ方向）にこの順に並んで配置されている。この構成であっても、副単位格子ＳＵに対して吐出した有色液体の量によって副単位格子ＳＵの空間体積が満たされない場合には、無色液体によって、副単位格子ＳＵの残りの空間体積を埋める。そのため、各副単位格子ＳＵの体積が均一化されるとともに、単位格子ＵＧの体積も均一化される。そのため、三次元物体を精度よく造形することができる。

Ｆ．第６実施形態：
図１４は、第６実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。第１実施形態の三次元造形装置１００は、造形部１０内に供給された粉体に対して硬化液を吐出することによって三次元物体を造形している。これに対して、第６実施形態の三次元造形装置１００Ｃは、粉体を用いることなく、樹脂を含有する硬化液のみによって三次元物体を造形する。

三次元造形装置１００Ｃは、造形部１０と、ヘッド部５０と、硬化エネルギー付与部６０と、制御部７０と、を備えている。造形部１０は、第１実施形態と同様に、造形ステージ１１と枠体１２とアクチュエーター１３とを備えている。ただし、枠体１２は省略してもよい。ヘッド部５０には、タンク５９が接続されている。硬化エネルギー付与部６０は、本硬化用発光装置６１と仮硬化用発光装置６２とを備えている。つまり、三次元造形装置１００Ｃは、多くの部分で第１実施形態の三次元造形装置１００の構成と共通しており、第１実施形態の三次元造形装置１００から、粉体供給部２０と平坦化機構３０と粉体回収部４０とを省略した構成となっている。このような三次元造形装置１００Ｃであっても、粉体層を形成する処理を除き、第１実施形態の三次元造形装置１００と同様の処理によって三次元物体を造形することができる。なお、本実施形態の場合、単位格子ＵＧの空間体積は、単位格子ＵＧの体積とほぼ等しくなる。

Ｇ．変形例：
＜第１変形例＞
上記実施形態では、三次元造形装置１００は、三次元物体の最外周を着色したが、着色された部分の更に外周側に、着色された部分を保護するためのクリアインクを吐出してもよい。
＜第２変形例＞
ビットマップデータにおいて、隣接座標に隣接した内側の座標には、ホワイトインクを吐出するための値を格納してもよい。ホワイトインクを隣接座標の内側の座標に配置すれば、地色が白色になるため、着色された色の再現性を向上させることができる。また、有色インクよりも奥行き方向内側に配置する無色インクは、クリアインクではなくホワイトインクであってもよい。内側に配置する無色インクをホワイトインクとすれば、地色を白色にすることができるので、有色インクによる濃淡表現をより的確に行うことができる。

＜第３変形例＞
三次元造形装置１００は、第１ａ単位格子ＵＧ１ａおよび第２ｂ単位格子ＵＧ２ｂ（図４）に有色インクを吐出して物体の側面だけを着色し、第１ｃ単位格子ＵＧ１ｃおよび第２ｄ単位格子ＵＧ２ｄには有色インクを吐出せずに物体の底面の着色をおこなわない構成であってもよい。反対に、物体の底面の着色をおこない、側面の着色をおこなわなくてもよい。

＜第４変形例＞
本実施形態において示した、有色インクを吐出するノズル群の並び順はその一例であって、上記実施形態の例に限定されない。すなわち、上記実施形態において、任意のインクの色は任意の他のインクの色に置きかえることができる。

＜第５変形例＞
上記実施形態では、造形ステージ１１がＺ方向に移動することによって、ヘッド部５０が相対的にＺ方向に移動する。これに対して、造形ステージ１１の位置を固定し、ヘッド部５０をＺ方向に直接的に移動させてもよい。また、上記実施形態では、ヘッド部５０がＸ方向およびＹ方向に移動するが、ヘッド部５０のＸ方向およびＹ方向の位置を固定し、造形ステージ１１をＸ方向およびＹ方向に移動させてもよい。

＜第６変形例＞
上記実施形態では、図３に示した三次元造形処理のうち、ステップＳ１０からステップＳ４０までの処理は、コンピューター２００によって実行されている。これに対して、これらの処理は、三次元造形装置１００によって実行されてもよい。つまり、三次元造形装置１００が、単体で、ポリゴンデータの取得から三次元物体の造形までのすべてを実行してもよい。また、上記実施形態では、図３に示したステップＳ５０の処理が三次元造形装置１００の制御部７０によって実行されている。これに対して、ステップＳ５０の処理は、コンピューター２００が三次元造形装置１００の各部を制御することによって実行してもよい。つまり、コンピューター２００が、三次元造形装置１００の制御部７０の機能を果たしてもよい。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態や変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…造形部
１１…造形ステージ
１２…枠体
１３…アクチュエーター
２０…粉体供給部
３０…平坦化機構
４０…粉体回収部
５０，５０Ａ，５０Ｂ…ヘッド部
５１〜５６，５１Ａ〜５７Ａ，５１Ｂ〜５５Ｂ…ノズル群
５９…タンク
６０…硬化エネルギー付与部
６１…本硬化用発光装置
６２…仮硬化用発光装置
７０…制御部
１００，１００Ｃ…三次元造形装置
２００…コンピューター
ＧＮ…ノズル群
Ｎｚ…ノズル
ＤＬ…三次元格子
ＵＣ…単位格子列
ＵＧ…単位格子
ＳＵ…副単位格子

Claims (7)

1. 断面体をＺ方向に複数積層して三次元の物体を造形する三次元造形装置であって、
   前記断面体のＸ方向の造形解像度と、前記断面体のＹ方向の造形解像度と、前記断面体の前記Ｚ方向への積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、前記物体の材料となる液体を吐出して前記物体を造形するヘッド部と、
   前記ヘッド部を制御する制御部と、を備え、
   前記ヘッド部は、無色液体と、指定された色を表すための複数種類の有色液体とを、それぞれ前記単位格子内に吐出可能であり、
   前記制御部は、前記ヘッド部を制御して、前記物体の表面から内部へ向かう方向において互いに隣り合う２つの前記単位格子のうち、前記物体の表面側に位置する第１単位格子内に前記複数種類の有色液体のうちの指定した種類の有色液体を吐出させ、前記物体の内部側に位置する第２単位格子内に前記第１単位格子内に吐出した有色液体と同じ種類の有色液体を少なくとも１つ含む一種類以上の有色液体を吐出させ、前記第１単位格子内に吐出された有色液体と前記第２単位格子内に吐出された有色液体とを用いて前記物体の表面の色を表現することが可能に構成されている、三次元造形装置。
2. 請求項１に記載の三次元造形装置であって、
   前記単位格子は、前記Ｚ方向に並ぶ複数の副単位格子を有しており、
   前記ヘッド部は、前記無色液体と前記複数種類の有色液体とを、それぞれ、指定された量、前記各副単位格子内に吐出可能であり、
   前記制御部は、前記ヘッド部を制御して、前記各副単位格子に対して、前記複数種類の有色液体のうち、指定した種類の有色液体を吐出させ、前記副単位格子の空間体積が前記有色液体によって満たされない場合には、前記有色液体に加えて、前記無色液体を前記副単位格子に吐出させて、前記副単位格子の空間体積を満たす、三次元造形装置。
3. 請求項２に記載の三次元造形装置であって、
   前記単位格子は、第１副単位格子と、前記第１副単位格子の鉛直方向上方に位置する第２副単位格子とを有しており、
   前記ヘッド部は、所定の方向に走査しながら前記単位格子に液体を吐出するものであり、液体を吐出する複数のノズル群を備え、前記ヘッド部の主走査方向において、前記第１副単位格子に前記有色液体を吐出する第１ノズル群の後方側に前記第１副単位格子に前記無色液体を吐出する第２ノズル群が配置され、前記第２ノズル群の後方側に前記第２副単位格子に前記有色液体を吐出する第３ノズル群が配置され、前記第３ノズル群の後方側に前記第２副単位格子に前記無色液体を吐出する第４ノズル群が配置されている、三次元造形装置。
4. 請求項１に記載の三次元造形装置であって、
   前記ヘッド部は、所定の方向に走査しながら前記単位格子に液体を吐出するものであり、液体を吐出する複数のノズル群を備え、前記ヘッド部の主走査方向において、前記単位格子に前記有色液体を吐出する第５ノズル群の後方側に前記単位格子に前記無色液体を吐出する第６ノズル群が配置され、前記第６ノズル群の後方側に前記単位格子に前記無色液体を吐出する第７ノズル群が配置されている、三次元造形装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
   前記制御部は、前記ヘッド部を制御して、前記第１単位格子および前記第２単位格子に吐出された液体の最上部が前記無色液体となるように、前記無色液体および前記有色液体を吐出する、三次元造形装置。
6. 断面体をＺ方向に複数積層して三次元の物体を造形する三次元造形装置によって三次元の物体を製造する製造方法であって、
   前記三次元造形装置は、前記断面体のＸ方向の造形解像度と、前記断面体のＹ方向の造形解像度と、前記断面体の前記Ｚ方向への積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、前記物体の材料となる液体を吐出して前記物体を造形するヘッド部を備え、
   前記ヘッド部は、無色液体と、指定された色を表すための複数種類の有色液体とを、それぞれ前記単位格子内に吐出可能であり、
   前記ヘッド部を制御して、前記物体の表面から内部へ向かう方向において互いに隣り合う２つの前記単位格子のうち、前記物体の表面側に位置する第１単位格子内に前記複数種類の有色液体のうちの指定した種類の有色液体を吐出させ、前記物体の内部側に位置する第２単位格子内に前記第１単位格子内に吐出した有色液体と同じ種類の有色液体を少なくとも１つ含む一種類以上の有色液体を吐出させ、前記第１単位格子内に吐出された有色液体と前記第２単位格子内に吐出された有色液体とを用いて前記物体の表面の色を表現する、製造方法。
7. 断面体をＺ方向に複数積層して三次元の物体を造形する三次元造形装置をコンピューターが制御して三次元の物体を製造するためのコンピュータープログラムであって、
   前記三次元造形装置は、前記断面体のＸ方向の造形解像度と、前記断面体のＹ方向の造形解像度と、前記断面体の前記Ｚ方向への積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、前記物体の材料となる液体を吐出して前記物体を造形するヘッド部を備え、
   前記ヘッド部は、無色液体と、指定された色を表すための複数種類の有色液体とを、それぞれ前記単位格子内に吐出可能であり、
   前記ヘッド部を制御して、前記物体の表面から内部へ向かう方向において互いに隣り合う２つの前記単位格子のうち、前記物体の表面側に位置する第１単位格子内に前記複数種類の有色液体のうちの指定した種類の有色液体を吐出させ、前記物体の内部側に位置する第２単位格子内に前記第１単位格子内に吐出した有色液体と同じ種類の有色液体を少なくとも１つ含む一種類以上の有色液体を吐出させ、前記第１単位格子内に吐出された有色液体と前記第２単位格子内に吐出された有色液体とを用いて前記物体の表面の色を表現する機能、をコンピューターに実現させるためのコンピュータープログラム。

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