JP2015221516A - 三次元構造物の形成装置および形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】新たな平坦化技術を具備した、三次元構造物の形成装置および形成方法を提供する
【解決手段】本発明の一形態に係る形成装置は、積層した層５ａ（９）の上面に高低差が所定値（Ｄ１）である凹凸が形成されている場合に、該凹凸の低い位置にインク（透明インク）を追加で堆積させて、層５ａ（９）の上面の凹凸の高低差を小さくする。
【選択図】図５

Description

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。

特許文献１にあるようなシート積層法のほか、溶融物堆積法（ＦＤＭ：Fused Deposition Molding）、インクジェット法、インクジェットバインダ法、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。

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、積層した層の上面に凹凸が形成される場合に、凹凸をローラーによって均す技術が知られている（例えば特許文献２）。

特開２００３−７１５３０号公報（２００３年３月１１日公開） 特開２０１０−５２３３０号公報（２０１０年３月１１日公開）

インクジェット法による三次元構造物の製造に関して、造形と同時に、フルカラー着色などの加飾をインクジェット法によっておこなう技術は無く、従前では、造形のみを行った後に、その造形物の表面に手作業等によって加飾（模様や色）を施している。

また、積層方式による造形物の造形に関して、特許文献２に開示されたローラーによって層の上面に形成された凹凸を均すと、該ローラーの押圧によって層が変形して、完成品である造形物に不具合が生じることがわかった。

そこで、本願発明者らは、造形用のインクと、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）とをインクジェット法によって吐出することによって、カラー加飾された三次元構造物を積層方式で形成するにあたって、積層する層の上面に形成された凹凸の新たな平坦化手法を採用した三次元構造物形成技術を見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、インクを堆積させた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おいて、層の新たな平坦化技術を具備した形成装置および形成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、三次元構造物の形成装置は、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、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制御する制御ユニットとを備え、上記制御ユニットは、高低差が所定値以上である凹凸が上記一つの層の上面に形成される場合に、上記記録ユニットが該凹凸の低い位置にインクを追加で堆積させるように制御して、該凹凸の該高低差を小さくし、上記所定値は、上記追加で堆積させるインクを上記記録ユニットが一走査する間に吐出した場合に形成される該インクの堆積物の厚さを少なくとも有していることを特徴としている。

上記の構成によれば、追加堆積をおこなうことによって層の上面に形成された凹凸の高低差を小さくすることができ、平坦化に寄与することができる。これにより、層の上面に形成された高低差が大きいままの凹凸をローラーで均す従来構成と比較して、層の変形を防ぐことができ、精度良く三次元構造物を形成することができる。

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、上記追加で堆積させる上記インクは、上記低い位置に堆積しているインクと同じインクであってもよい。

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、上記追加で堆積させる上記インクは、透明インクであってもよい。

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、一つの上記層は、上記上面に沿って中心部から外周端部に向かって、互いに種類の異なる複数のインク堆積領域を有しており、上記所定値である上記凹凸の上記低い位置と高い位置とは、それぞれ異なるインク堆積領域に構成されている。

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、上記三次元構造物は、造形物と、該造形物表面を着色している着色部分とを有しており、上記記録ユニットは、上記造形物を形成するための造形用インク、および、上記着色部分を形成するための着色インクを吐出し、上記制御ユニットは、上記低い位置に堆積している上記インクが上記着色インクである場合には、上記記録ユニットが上記追加で堆積させる上記インクとして、透明インクを該記録ユニットが吐出するように制御する。

上記の構成によれば、追加堆積するインクを透明インクとすることから、着色部分の色調を不都合に変えることがなく、所望の色調の三次元構造物を提供することができる。

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、上記インクを上記追加で堆積させた後の上記上面の凹凸を均すローラーを更に備えていてもよい。

上記の構成によれば、追加堆積によって凹凸の高低差が小さくなった状態で、ローラーをかけて上面をならすため、層の変形を抑えて、且つ、より一層の平坦化を実現することができる。

上記の課題を解決するために、本発明に係る、三次元構造物の形成方法は、記録ユニットを備える、三次元構造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、記録ユニットが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工程と、高低差が所定値以上である凹凸が上記一つの層の上面に形成される場合に、記録ユニットが該凹凸の低い位置にインクを追加で堆積させて、該凹凸の該高低差を小さくする追加堆積工程とを含み、上記所定値は、上記追加で堆積させるインクを上記記録ユニットが一走査する間に吐出した場合に形成される該インクの堆積物の厚さを少なくとも有していることを特徴としている。

上記の構成によれば、追加堆積をおこなうことによって層の上面に形成された凹凸の高低差を小さくすることができ、平坦化に寄与することができる。これにより、層の上面に形成された高低差が大きいままの凹凸をローラーで均す従来構成と比較して、層の変形を防ぐことができ、精度良く三次元構造物を形成することができる。

本発明は、インクを堆積させた層の凹凸を効果的に平坦化して変形の少ない三次元構造物を形成する形成装置および形成方法を提供することができる。

（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。 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２に示す形成装置を用いた形成過程の変形例を示した図である。 図２に示す形成装置を用いた形成過程の別の変形例を示した図である。

〔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。

（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。

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。

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。

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。

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。

また、着色層３のみを着色部分とみなしてもよい。

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、何れも、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

（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。

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（造形用インク）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。造形用インクには、従来周知の造形用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。

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（着色インク）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

また、本実施形態の特徴的構成の一つとしては、一走査を終えて形成された一つの層の上面に、高低差が所定値である凹凸が形成されている場合に、記録ユニット１０が、該凹凸の低い位置にインクを追加で堆積させて、該層の上面の凹凸の高低差を小さく点にある。特に本実施形態では、高低差が所定値である凹凸が形成されている上面のなかで高さが最も低い位置に、追加でインクを堆積させる。以下に、この特徴的構成について詳述する。

ここで、一つの層の上面に形成される凹凸について、説明する。図１の（ｂ）に示した積層構造は、いずれの層もＸＹ平面に沿って平坦で、各層の上面および下面は各々の全領域にわたって水平面を構成し、層厚は層の全領域に渡って一定であるように示しているが、これは模式的に示したものであり、理想形であるといえる。実際には、インクを硬化させるタイミングや硬化条件によって、一つの層の中で上面に凹凸が生じることがある。特に、図１の（ｂ）における層５ａ（２）〜層５ａ（１９）のように、一つの該層の中に複数の互いに異なるインク堆積領域（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１の一部分５１、造形層の一部分５０）が形成されている場合に、異なるインク堆積領域の間で凹凸が生じる。例えば図４は、図１の（ｂ）に示す上から五層目の層５ａ（５）の上面図と、層５ａ（５）の外周に形成されるサポート材の一部分６６の上面とを示している。なお、便宜上、ここでは、サポート材の一部分６６を含めて一つの層（層５ａ（５））として説明する。層５ａ（５）は、その中心部から外周端部に向かって、造形層の一部分５０、光反射層１の一部分５１、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、サポート材の一部分６６（それぞれがインク堆積領域）がこの順で配置している。このように異なるインク堆積領域が一つの層に形成される場合、インク堆積領域間で層厚が異なる場合があり、それは、層５ａ（５）の上面において凹凸となる。

インク堆積領域間で層厚が異なる主な原因、すなわち上面に凹凸が形成される主な原因は、インクの種類によって、インクジェットヘッドから吐出されるインク滴量などのインク吐出条件が異なること、また、インクの種類によって、インク自体の硬化収縮の度合いが異なること、また、硬化のタイミングや硬化条件などがインク堆積領域間で異なることが挙げられる。また、インク堆積領域間で、解像度を異ならせるためにインク吐出条件に違いを設ける場合もある。例えば、着色層３を造形層Ｍに比べて高解像度にする場合がある。一例としては、着色層３（着色層の一部分５３）を１２００ｄｐｉの解像度でインクを堆積させ、造形層Ｍ（造形層の一部分５０）を６００ｄｐｉの解像度でインクを堆積させる。このようにインク堆積領域間で解像度が異なる場合にも、上面に凹凸が形成されることがある。

凹凸が生じると、その上に積層する新たな層にも凹凸が影響して、完成品である三次元構造物５の形状や色調に不具合を生じる虞がある。また、上に積層する新たな層自体にも凹凸が生じると、積層するにしたがって最上面に形成される凹凸の段差（高低差）は大きくなってしまう。

そこで、図５は、本実施形態において、その解決策を示したものである。なお、図５は、説明の便宜上、図１の（ｂ）に示した積層構造のうちの一部である積層構造の中段に形成されている四層（層５ａ（９）〜層５ａ（１２））のみを取り上げて、解決策を説明する。

図５に示す四層（層５ａ（９）〜層５ａ（１２））は、何れも、先に説明した複数のインク堆積領域を有しおり、各層において同じインク堆積領域同士が積層方向に重畳している。なお、図５には、サポート材の一部分６６が各層の外周に沿って形成されている様子を示しており、サポート材の一部分６６同士も積層方向に重畳している。

この四層のうちの最も下位にある層５ａ（１２）およびその外周にあるサポート材の一部分６６をみると、その上面が平坦で無く凹凸形状となっていることがわかる。なお、説明の便宜上、層５ａ（１２）およびその外周にあるサポート材の一部分６６の下面は、凹凸形状が無く平坦であるとする。上面の凹凸形状について詳細をみると、造形層の一部分５０の上面よりも光反射層１の一部分５１の上面のほうが低い。また、光反射層１の一部分５１の上面よりも第１の透明層の一部分５２の上面のほうが高い。また、第１の透明層の一部分５２の上面よりも着色層の一部分５３の上面のほうがが高い。また、着色層の一部分５３の上面よりも第２の透明層の一部分５４の上面のほうが低い。そして、第２の透明層の一部分５４の上面よりも、サポート材の一部分６６の上面のほうが高い。すなわち、層厚にばらつきがある。最も下位にある層５ａ（１２）およびその外周のサポート材の一部分６６で言えば、造形層の一部分５０の層厚が最も厚く、その上面はインク堆積領域のなかで最も高い位置にある。一方、第２の透明層の一部分５４の層厚が最も薄く、その上面はインク堆積領域のなかで最も低い位置にある。

このように層厚にばらつきが生じるのは、先述のような原因によるものである。たとえ、単位面積当たりのインク吐出量を層の全領域において等しくしたとしても、硬化収縮の差などによってインク堆積領域同士の堆積物として単位面積当たりで比較すると差が生じ、これが層厚の差として現れている。

そして、異なる層同士の間でも同種のインク堆積領域は同じ層厚で形成される。そのため、一つの層だけでみれば凹凸の段差は微差であったとしても、層５ａ（９）〜層５ａ（１２）を積層すると、その段差（高低差）は大きくなる。すなわち、四層のうちの最も下位にある層５ａ（１２）およびその外周にあるサポート材の一部分６６の上面をみると、凹凸の段差は僅かであるが、四層のうちの最も上位にある層５ａ（９）およびその外周にあるサポート材の一部分６６の上面をみると、凹凸の段差は大きくなっている。

そこで、本実施形態では、上面に現れる凹凸のなかで最も高い位置と最も低い位置との高低差が、該最も低い位置に堆積している（該最も低い位置に構成されている）インク堆積領域の一層分の層厚（一回の走査で堆積する層厚）であると、該最も低い位置に、該最も低い位置に堆積しているインクと同じインクを追加で吐出して堆積させる。これにより、凹凸の高低差を小さくすることができる。本実施形態では、追加で堆積させることにより、最も低い位置であった箇所の上面は、最も高い位置と等しくなる。

図５を用いてより具体的に説明すると、図５の例では、記録ユニット１０が一走査をおこなって四層のうちの最も上位にある層５ａ（９）を積層した時点で、図５中に太線で示した層５ａ（９）の上面に形成された凹凸のなかで最も高い位置にある造形層の一部分５０と、最も低い位置にある第２の透明層の一部分５４との高低差が、第２の透明層の一部分５４の一層分の層厚Ｄ１である。そこで、図５の例では、層５ａ（９）に含まれている第２の透明層の一部分５４に、追加で第２の透明層の一部分５４を構成するインクを堆積させる（図５における５４ｄ）。

図５の例では、追加される第２の透明層の一部分５４を構成するインクは、次回以降の記録ユニット１０走査時に、層５ａ（９）に含まれている第２の透明層の一部分５４を形成する第２インクジェットヘッドノズル部１１Ｂの透明インク用ノズル列ＣＬから吐出される。

ここで、図５の例において、上面の凹凸の最も低い位置にある第２の透明層の一部分５４において、最も高い位置との高低差が第２の透明層の一部分５４の一層分の層厚Ｄ１であるか否かは、一つの層に含まれる複数のインク堆積領域の層厚に関する情報と、先述のパターンデータとに基づいて、三次元構造物を形成する前に演算して求めることができる。そのため、演算結果から、層５ａ（９）を積層した後に追加でインクを堆積させるように記録ユニット１０を制御すればよい。その制御は、制御ユニット２０においておこなうことができる。

なお、図５の例では、上面の凹凸の最も低い位置に第２の透明層の一部分５４があるが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施形態の本質は、積層した層の上面に、最も高い位置と最も低い位置との高低差が所定値である凹凸が形成されている場合に、該最も低い位置を構成している（つまり、該最も低い位置に既に堆積している）インク堆積物を構成するインクと同じインクを該最も低い位置に追加で吐出して、高低差を小さくするというものである。

すなわち、最も低い位置は第２の透明層の一部分５４に限らない。例えば、最も低い位置が造形層の一部分５０である場合には、造形層の一部分５０を構成するインク（造形用インク）を、最も低い位置にある造形層の一部分５０に、追加で堆積する。このとき、高低差（所定値）は、造形層の一部分５０の一層分の層厚である。追加で堆積させることによって、最も低い位置にあった造形層の一部分５０の上面が持ち上がって、上面全体の凹凸の高低差が小さくなる。

同様に、最も低い位置がサポート材の一部分６６であってもよい。最も低い位置がサポート材の一部分６６である場合には、サポート材の一部分６６を構成するインク（サポート材用インク）を、最も低い位置にあるサポート材の一部分６６に、追加で堆積する。このとき、高低差（所定値）は、サポート材の一部分６６の一層分の層厚である。追加で堆積させることによって、最も低い位置にあったサポート材の一部分６６の上面が持ち上がって、上面全体の凹凸の高低差が小さくなる。

すなわち、後述する制御ユニット２０は、各インク堆積領域の一層分の層厚に基づいて、演算をおこなって、その演算結果に基づいて、何層目の層を積層したときに何処にどのインクを追加で堆積させるかを特定することができる。制御ユニット２０は、これに基づいて、記録ユニット１０を制御する。

（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、インク吐出を制御する吐出制御部２１と、記録ユニット１０のＵＶ照射部１２のＵＶ照射を制御する照射制御部２２と、記録ユニット１０のキャリッジ１３の移動（走査）を移動制御部２３とを有している。

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。

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。

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。

そして、本実施形態において特徴的なのは、制御ユニット２０が、記録ユニット１０を制御して、先述したインクの追加堆積をおこなわせることにある。

具体的には、制御ユニット２０は、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単位面積当たりの吐出量、および各インクの硬化後の堆積量に基づいて、各層について、最も高い位置と最も低い位置とを特定するとともに、その高低差を特定する。

これにより、制御ユニット２０は、何層目に積層する層の上面に、その層の最も低い位置を構成するインク堆積領域の一層物の層厚に相当する高低差を有する凹凸が形成されるかを特定することができる。

制御ユニット２０は、その特定した情報に基づいて、吐出制御部２１と、照射制御部２２と、移動制御部２３とを介して記録ユニット１０を制御して、追加で堆積させるインクの吐出と、それをおこなうための記録ユニット１０の走査と、吐出したインクの硬化とをおこなわせる。

図５の例では、制御ユニット２０が、層５ａ（９）を積層すると層５ａ（９）の上面の凹凸の最も低い位置にある第２の透明層の一部分５４において、その高低差が第２の透明層の一部分５４の一層分の層厚Ｄ１となることを三次元構造物の形成前に特定する。そして、これに基づいて、制御ユニット２０は、三次元構造物の形成途中において、記録ユニット１０が層５ａ（９）を積層すると、層５ａ（９）の第２の透明層の一部分５４に、第２の透明層の一部分５４を構成するインクを追加で吐出するように記録ユニット１０を制御する。なお、追加で堆積した部分も含めて層５ａ（９）とみなしてよい。図５には図示していないが、追加で堆積した部分も含めた層５ａ（９）に、新たな層５ａ（８）が積層される。

（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。

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。

（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。

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。

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。

（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、三次元構造物５の形成方法を説明する。

本実施形態の形成方法の特徴としては、記録ユニット１０を一走査させて該一走査させている間に各種インクを吐出して一つの層を形成する記録工程を含み、上記記録工程には、一走査して形成された層の上面に、高低差が所定値である凹凸が形成される場合に、記録ユニット１０によって、該上面のなかで高さが最も低い位置にインクを追加で堆積させる追加堆積工程が含まれる点にある。また、本実施形態の形成方法には、記録ユニット１０をメンテナンスユニット３０によってメンテナンスするメンテナンス工程も含む。

記録工程では、記録ユニット１０を一走査させて、該一走査させている間に記録ユニット１０から各種インクを吐出して一つの層（層５ａ（２０）…のいずれか）を形成する。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。

メンテナンス工程では、記録ユニット１０はＹ軸方向に一往復する度（これにより二つの層が形成される）に、メンテナンスユニット３０によって先述のメンテナンスを受ける。図２では、紙面の左右方向が、Ｙ軸方向に相当し、紙面右側に在るメンテナンスユニット３０の位置において記録ユニット１０がメンテナンスを受ける。メンテナンス工程においてメンテナンスが終わると、記録ユニット１０がＹ軸に沿って負方向に走査を開始する。走査の開始および走査時の移動速度等については、制御ユニット２０の移動制御部２３が、記録ユニット１０を制御しておこなう。

そして、追加堆積工程では、記録ユニット１０によって、該上面のなかで高さが最も低い位置にインクを追加で堆積させる。先述のように、これは、制御ユニット２０による制御のもとでおこなわれる。

具体的には、制御ユニット２０は、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単位面積当たりの吐出量、および各インクの硬化後の堆積量と、先述のパターンデータとに基づいて、各層について、上面の凹凸の最も高い位置と最も低い位置とを特定するとともに、その高低差を特定する。

これにより、制御ユニット２０は、何層目に積層する層の上面に、その層の最も低い位置を構成するインク堆積領域の一層物の層厚に相当する高低差を有する凹凸が形成されるかを特定することができる。

制御ユニット２０は、その特定した情報に基づいて、吐出制御部２１と、照射制御部２２と、移動制御部２３とを介して記録ユニット１０を制御して、追加で堆積させるインクの吐出と、それをおこなうための記録ユニット１０の走査と、吐出したインクの硬化とをおこなわせる。

制御ユニット２０のより詳細な制御フローを説明すると、先ず、制御ユニット２０は、各インク堆積領域の一層分の層厚に関する情報を取得する。

そして、制御ユニット２０は、取得した情報と、パターンデータとに基づいて、各層について、その上面に形成される凹凸のなかで最も高い位置と最も低い位置との高低差が、該最も低い位置に堆積している（該最も低い位置に構成されている）インク堆積領域の一層分の層厚であるか否か（所定値であるか否か）を判定する。一層分の層厚としては、例えば、数μｍ〜３０μｍである。

そして、制御ユニット２０は、判定の結果、高低差が、該最も低い位置に堆積している（該最も低い位置に構成されている）インク堆積領域の一層分の層厚であるという判定結果となる層について、該層の形成後に、該層の上面に形成された凹凸のうちの最も低い位置に、該最も低い位置に堆積しているインクが追加で堆積されるように、吐出制御部２１と、照射制御部２２と、移動制御部２３とを介して記録ユニット１０のインク吐出と走査と硬化とを制御する。

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。

（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。

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。

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、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。

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。

●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、本願明細書における「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。

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（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。

●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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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、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。

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。

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。

〔実施形態２〕
上記の実施形態１では、最も低い位置に、該最も低い位置を構成しているインクと同じ種類のインクを追加で堆積させ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。本実施形態２では、最も低い位置を構成しているインクとは異なる種類のインクを、該最も低い位置に追加で堆積させる態様について説明する。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。

図６は、本実施形態２の態様を説明する図であり、実施形態１の図５に相当する。なお、図６においても、図５と同様に、説明の便宜上、図１の（ｂ）に示した積層構造のうちの一部である積層構造の中段に形成されている四層（層５ａ（９）〜層５ａ（１２））のみを取り上げて説明する。

図６に示す例では、図６に示す四層（層５ａ（９）〜層５ａ（１２））のうちの最も上位にある層５ａ（９）を積層した時点で、図６中に太線で示した層５ａ（９）の上面に形成された凹凸のなかで最も高い位置にあるのが造形層の一部分５０であり、最も低い位置にあるのが着色層の一部分５３であり、最も高い位置と最も低い位置との高低差は高さＤ２である。

そして、本実施形態２では、最も低い位置にある着色層の一部分５３に、透明インク５３０を追加で堆積させる。この透明インク５３０は、上記実施形態１において図３を用いて説明した記録ユニット１０の第２インクジェットヘッドノズル部１１Ｂの透明インク用ノズル列ＣＬから吐出される。すなわち、高さＤ２は、記録ユニット１０が一走査する間に透明インク用ノズル列ＣＬから吐出される透明インクの一層分の層厚に相当する。

このように、最も低い位置にある着色層の一部分５３に、透明インク５３０が追加堆積することにより、凹凸の高低差を小さくすることができる。

また、追加で堆積させるインクは透明インクであるため、追加堆積をおこなう層自体の色調（図６でいえば、層５ａ（９）が、層５ａ（９）に含まれる着色層の一部分５３によって呈する色調）に影響を与えることがない。

〔実施形態３〕
上記の実施形態１では、追加堆積をおこなう態様について説明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。例えば、本実施形態３では、追加堆積に加えて、追加堆積後の層の上面をローラーによって均す。これにより、より一層、上面の平坦化を実現することができる。

すなわち、本実施形態３では、実施形態１において説明した形成装置に、ローラーが更に具備されている。

ローラーは、層を積層する度に、該層の上面に、ローラーの外周面を接触させて、上面上を転がる構成となっている。

ローラーは、層の上面に対して所定の押圧力をかけながら上面上を回転移動することから、上面に形成される凹凸を均すことができる。

本実施形態３では、実施形態１において説明した追加堆積後に、その上面をローラーによって均す。追加堆積によって既に凹凸の段差が緩和された上面を、ローラーによって平坦に均すことから、追加堆積をおこなわずに高低差が大きい凹凸面をローラーによって均す場合と比較して、層の変形を防ぐことができる。また、実施形態１の態様に比べて、ローラーによる平坦化を付加したことにより、より一層の平坦化を実現し、精度良く三次元構造物を形成することができるというメリットがある。

〔実施形態４〕
上記の実施形態１では、追加堆積をおこなう箇所を、各インク堆積領域の層厚に関する情報と、パターンデータとに基づいて演算によって求め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。例えば、本実施形態４では、三次元構造物の形成過程で、層を積層する度に、該層の上面を計測して、凹凸の存在および凹凸の高低差を計測して、追加堆積をおこなう箇所を特定する。

すなわち、本実施形態４では、実施形態１において説明した形成装置に、上述した計測をおこなう計測ユニットが更に具備されている。

計測ユニットは、例えば、いわゆるカメラのような撮像部と、該撮像部から得られる画像を解析する解析部とを有している。

撮像部によって、層の上面を撮影し、画像から凹凸の存在および凹凸の高低差を計測し、形成の最中に、追加堆積をおこなうか否かの判定をおこなう。

このように計測することによっても、実施形態１と同様に、追加堆積をおこなって、凹凸の高低差を小さくすることができる。

〔実施形態５〕
本実施形態５では、図２に示した形成装置６０において、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る位置から、記録ユニット１０が三次元構造物を構成する層５ａ（２０）…の形成を開始する位置までの間に、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。ここで、「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。すなわち、予備的に吐出されたインクは、三次元構造物５を構成しない。

ここで、図７は、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ている。

図７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。

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７中の予備吐出堆積物７）。

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。

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、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。

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。

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。

本実施形態５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。

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７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。

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。

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。

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。

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７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。

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。

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。

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。

なお、予備吐出して堆積したインクの層厚を予備吐出したインク毎に計測することによって、上記実施形態１において説明したインク堆積領域の層厚に関する情報を得てもよい。

なお、図７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。なお、予備吐出したインクは、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。

また、本実施形態では、サポート材よりも外側にインクを予備的に吐出して、図７に示すように予備吐出堆積物７を基台４０の上面の端に一つに堆積させているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図８は、予備吐出堆積物７をサポート材の一部分６６´中に形成している。これにより、最終的にサポート材６´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、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。

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。

なお、上述した説明では、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。

また、上述した説明では、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７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。

〔変形例１〕
上記の実施形態１では、追加堆積するインクの一層分の層厚に相当する厚さ（高さ）の高低差を有する凹凸がある場合に、追加堆積する態様を説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、追加堆積するインクの二層分または三層以上の層厚に相当する厚さ（高さ）の高低差を有する凹凸がある場合に、その高低差を解消するようにインクを堆積させてもよい。

すなわち、記録ユニット１０は、層の上面に形成された凹凸の高低差が、追加で堆積させるインクを一走査する間に吐出した場合に形成される該インクの堆積物の厚さのｎ倍（但し、ｎは１以上の整数）であるときに、その高低差を解消するようにインクを追加で堆積させる。なお、二層分以上の層厚を追加で堆積する際には、記録ユニット１０は、二回以上走査を繰り返す。

〔変形例２〕
上記の実施形態１では、層の上面に形成された凹凸の最も低い位置に、インクを追加堆積させる態様について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の本質は、追加で堆積させるインクを記録ユニット１０が一走査する間に吐出した場合に形成される該インクの堆積物の厚さのｎ倍（但し、ｎは１以上の整数）である高低差が層の上面に生じた箇所に、追加堆積をおこなって、その高低差を解消するというものであるから、追加堆積を行う箇所は、最も低い位置に限らない。最も低い位置であっても、追加で堆積させるインクを記録ユニット１０が一走査する間に吐出した場合に形成される該インクの堆積物の厚さのｎ倍（但し、ｎは１以上の整数）でなければ、追加堆積はおこなわない。

[付記事項]
本発明の一形態に係る形成装置６０は、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５の形成装置６０であって、走査中に上記インクを吐出して上記層を形成する記録ユニット１０と、記録ユニット１０を制御する制御ユニット２０とを備え、一走査する間に上記記録ユニット１０から吐出される上記インクによって形成される層の上面に高低差が所定値である凹凸が形成される場合に、上記制御ユニット２０は、上記記録ユニット１０が該凹凸の低い位置にインクを追加で堆積させるように制御して、該層の上面の凹凸の高低差を小さくし、上記所定値は、上記追加で堆積させるインクを上記記録ユニットが一走査する間に吐出した場合に形成される該インクの堆積物の厚さを少なくとも有していることを特徴としている。

上記の構成によれば、追加堆積をおこなうことによって層の上面に形成された凹凸の高低差を小さくすることができ、平坦化に寄与することができる。これにより、層の上面に形成された高低差が大きいままの凹凸をローラーで均す従来構成と比較して、層の変形を防ぐことができ、精度良く三次元構造物５を形成することができる。

また本発明の一形態に係る形成装置６０は、上記の構成に加えて、上記追加で堆積させる上記インクは、上記低い位置に堆積しているインクと同じインクであってもよい。

また本発明の一形態に係る形成装置６０は、上記の構成に加えて、上記追加で堆積させる上記インクは、透明インクであってもよい。

また本発明の一形態に係る形成装置６０は、上記の構成に加えて、一つの上記層は、上記上面に沿って中心部から外周端部に向かって、互いに種類の異なる複数のインク堆積領域（造形層の一部分５０、光反射層の一部分５１、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）を有しており、上記所定値である上記凹凸の上記低い位置と高い位置とは、それぞれ異なるインク堆積領域に構成されている。

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、上記三次元構造物は、造形物と、該造形物表面を着色している着色部分とを有しており、上記記録ユニットは、上記造形物を形成するための造形用インク、および、上記着色部分を形成するための着色インクを吐出し、上記制御ユニット２０は、上記低い位置に堆積している上記インクが上記着色インクである場合には、上記記録ユニット１０が上記追加で堆積させる上記インクとして透明インクを吐出するように制御する。

上記の構成によれば、追加堆積するインクを透明インクとすることから、着色部分の色調を不都合に変えることがなく、所望の色調の三次元構造物を提供することができる。

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、上記インクを上記追加で堆積させた後の上記上面の凹凸を均すローラーを更に備えていてもよい。

上記の構成によれば、追加堆積によって凹凸の高低差が小さくなった状態で、ローラーをかけて上面をならすため、層の変形を抑えて、且つ、より一層の平坦化を実現することができる。

また本発明の一形態に係る、三次元構造物の形成方法は、記録ユニット１０を備える、三次元構造物の形成装置６０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、記録ユニット１０が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工程と、高低差が所定値以上である凹凸が上記一つの層の上面に形成される場合に、記録ユニット１０が該凹凸の低い位置にインクを追加で堆積させて、該凹凸の該高低差を小さくする追加堆積工程とを含み、上記所定値は、上記追加で堆積させるインクを上記記録ユニットが一走査する間に吐出した場合に形成される該インクの堆積物の厚さを少なくとも有していることを特徴としている。

上記の構成によれば、追加堆積をおこなうことによって層の上面に形成された凹凸の高低差を小さくすることができ、平坦化に寄与することができる。これにより、層の上面に形成された高低差が大きいままの凹凸をローラーで均す従来構成と比較して、層の変形を防ぐことができ、精度良く三次元構造物を形成することができる。

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、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。

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（２０） 層
６ サポート材
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
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
５３０ 透明インク

Claims (7)

1. 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、
   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制御する制御ユニットとを備え、
   上記制御ユニットは、高低差が所定値以上である凹凸が上記一つの層の上面に形成される場合に、上記記録ユニットが該凹凸の低い位置にインクを追加で堆積させるように制御して、該凹凸の該高低差を小さくし、
   上記所定値は、上記追加で堆積させるインクを上記記録ユニットが一走査する間に吐出した場合に形成される該インクの堆積物の厚さを少なくとも有していることを特徴とする、三次元構造物の形成装置。
2. 上記追加で堆積させる上記インクは、上記低い位置に堆積しているインクと同じインクであ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。
3. 上記追加で堆積させる上記インクは、透明インクであることを特徴とする請求項１または２に記載の、三次元構造物の形成装置。
4. 一つの上記層は、上記上面に沿って中心部から外周端部に向かって、互いに種類の異なる複数のインク堆積領域を有しており、
   上記所定値である上記凹凸の上記低い位置と高い位置とは、それぞれ異なるインク堆積領域に構成されてい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。
5. 上記三次元構造物は、造形物と、該造形物表面を着色している着色部分とを有しており、
   上記記録ユニットは、上記造形物を形成するための造形用インク、および、上記着色部分を形成するための着色インクを吐出し、
   上記制御ユニットは、上記低い位置に堆積している上記インクが上記着色インクである場合には、上記記録ユニットが上記追加で堆積させる上記インクとして透明インクを吐出する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。
6. 上記インクを上記追加で堆積させた後の上記上面の凹凸を均すローラーを更に備えている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。
7. 記録ユニットを備える、三次元構造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、
   上記記録ユニットが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工程と、
   高低差が所定値以上である凹凸が上記一つの層の上面に形成される場合に、上記記録ユニットが該凹凸の低い位置にインクを追加で堆積させて、該凹凸の該高低差を小さくする追加堆積工程とを含み、
   上記所定値は、上記追加で堆積させるインクを上記記録ユニットが一走査する間に吐出した場合に形成される該インクの堆積物の厚さを少なくとも有していることを特徴とする、三次元構造物の形成方法。

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