JP2016144900A - 立体物造形装置、立体物造形方法、および立体物造形プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】造形される有色の立体物について、透明度を制御することを可能とした立体物造形装置、立体物造形方法、および立体物造形プログラムを提供する。【解決手段】無彩色を含む複数の有色の色液体と無色の透明液体とを吐出可能な吐出ユニット２０と、吐出ユニットから造形テーブル３０に吐出された液体を硬化させて造形テーブル上に立体物を構成する複数のボクセルを形成する硬化ユニット４０と、を備え、ボクセルは表示色と透明度が設定され、吐出ユニットは、表示色に応じた液量で色液体を吐出するとともに、ボクセルの総容量のうちの吐出された色液体が満たす部分以外の残部分が満たされるように、無彩色の色液体と無色の透明液体とを、透明度に応じた割合の液量で吐出し、硬化ユニットは、吐出された色液体と透明液体とを硬化させてボクセルを形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、立体物を造形する立体物造形装置、この立体物造形装置が行う立体物造形方法、および立体物造形プログラムに関する。

従来から、立体物を造形する３Ｄプリンターなどの立体物造形装置が知られている。立体物造形装置は、例えば光硬化型の液体（インク）を吐出ユニットに設けられた複数のノズルから造形テーブルへ吐出し、光を照射することによって液体を硬化させ、所定の形状の立体物を造形テーブル上に形成（造形）する。

このような立体物造形装置においては、物体を構成する体積単位となる立方体のボクセルを複数形成することによって、対象となる三次元の立体物を造形する。すなわち、三次元の立体物を構成する複数のボクセルは、二次元の平面画像を構成するピクセルに対して、その平面の法線方向に単位高さを有している。したがって、三次元の立体物を形成する際には、単位高さを有する立方体のボクセルを形成するためにボクセル内を液体で満たす必要があり、１つのボクセルに対してボクセル内の容量を満たす量の液体がノズルから吐出される。

このとき、従来の立体物造形装置では、混液することによって造形対象となる立体物の色を生成可能な複数の色の液体を、ボクセル内を満たす液量分だけノズルから吐出して所定の色（表示色）のボクセルを形成することが行われている。例えば、その装置では、イエロー、マゼンタ、シアンの各色に着色された有彩色の樹脂（液体）と、白色または黒色に着色された無彩色の樹脂（液体）とが吐出ノズル（ノズル）から吐出されて、所定の表示色のボクセルが形成される（特許文献１参照）。

特開２０００−２８０３５７号公報

しかしながら、従来の装置のように有彩色や無彩色といった有色の色液体（樹脂）を用いて形成したボクセルは、不透明になってしまう。このため、造形対象となる立体物が、不透明の部分の他に、透明あるいは半透明の部分を有している場合、従来の立体物造形装置では、このような立体物における透明あるいは半透明の部分を構成するボクセルを造形することは困難である。

なお、こうした実情は、液体を吐出するノズルを有する吐出ユニットと、造形テーブルに吐出された液体を硬化させて造形テーブル上に立体物を形成する硬化ユニットと、を備える立体物造形装置においては、概ね共通したものとなっている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、造形される立体物について、その透明度を制御することを可能とした立体物造形装置、立体物造形方法、および立体物造形プログラムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する立体物造形装置は、無彩色を含む複数の有色の色液体と無色の透明液体とを吐出可能な吐出ユニットと、前記吐出ユニットから造形テーブルに吐出された液体を硬化させて前記造形テーブル上に立体物を構成するボクセルを形成する硬化ユニットと、を備える立体物造形装置であって、前記ボクセルは表示色と透明度が設定され、前記吐出ユニットは、前記表示色に応じた液量で前記色液体を吐出するとともに、前記ボクセルの総容量のうちの吐出された前記色液体が満たす部分以外の残部分が満たされるように、無彩色の前記色液体と無色の前記透明液体とを、設定された前記透明度に応じた割合の液量で吐出し、前記硬化ユニットは、吐出された前記色液体と前記透明液体とを硬化させて前記ボクセルを形成する。

この構成によれば、立体物を構成するボクセルは、吐出された色液体によって設定された表示色とされるとともに、吐出された無彩色の色液体の液量と吐出された無色の透明液体の液量との割合によって、設定された透明度とされる。したがって、ボクセルによって造形される立体物について、無彩色の色液体と無色の透明液体とによって、ボクセルの表示色（色相）の変化を抑制しつつ、その透明度を制御することが可能となる。

上記立体物造形装置において、前記吐出ユニットは、前記無彩色のうちの白色の前記色液体と無色の前記透明液体とを、設定された前記透明度に応じた割合の液量で吐出することが好ましい。

この構成によれば、形成されるボクセルの透明度を、吐出される白色の色液体と無色の透明液体との液量割合で制御する。したがって、複数のボクセルによって造形される立体物について、表示色が暗くなることなくその色相変化を抑制しつつ設定された透明度に制御することが可能となる。

上記立体物造形装置において、前記吐出ユニットは、前記ボクセル内に前記残部分が形成されるように前記色液体を吐出することが好ましい。
この構成によれば、ボクセル内の全部が、立体物の表示色を生成するために吐出された色液体で満たされることを抑制し、ボクセル内に無彩色の色液体および無色の透明液体が吐出可能な残部分をボクセル内に形成する。したがって、複数のボクセルによって造形される立体物について、無彩色の色液体および無色の透明液体によって、その透明度を制御することが可能となる。

上記課題を解決する立体物造形方法は、無彩色を含む複数の有色の色液体と無色の透明液体とを吐出可能な吐出ユニットと、前記吐出ユニットから造形テーブルに吐出された液体を硬化させて前記造形テーブル上に立体物を構成するボクセルを形成する硬化ユニットと、を備える立体物造形装置において実施される立体物造形方法であって、前記ボクセルは表示色と透明度が設定され、前記吐出ユニットが、前記表示色に応じた液量で前記色液体を吐出するとともに、前記ボクセルの総容量のうちの吐出された前記色液体が満たす部分以外の残部分が満たされるように、無彩色の前記色液体と無色の前記透明液体とを、設定された前記透明度に応じた割合の液量で吐出するステップと、前記硬化ユニットが、吐出された前記色液体と前記透明液体とを硬化させて前記ボクセルを形成するステップと、を有する。

この方法によれば、立体物を構成するボクセルは、吐出された色液体によって設定された表示色とされるとともに、吐出された無彩色の色液体の液量と吐出された無色の透明液体の液量との割合によって、設定された透明度とされる。したがって、ボクセルによって造形される立体物について、無彩色の色液体と無色の透明液体とによって、ボクセルの表示色（色相）の変化を抑制しつつ、その透明度を制御することが可能となる。

上記課題を解決する立体物造形プログラムは、無彩色を含む複数の有色の色液体と無色の透明液体とを吐出可能な吐出ユニットと、前記吐出ユニットから造形テーブルに吐出された液体を硬化させて前記造形テーブル上に立体物を構成するボクセルを形成する硬化ユニットと、前記吐出ユニット及び前記硬化ユニットを制御する制御部と、を備える立体物造形装置における前記制御部で実行される立体物造形プログラムであって、前記ボクセルは表示色と透明度が設定され、前記制御部が、前記吐出ユニットに、前記表示色に応じた液量で前記色液体を吐出させるとともに、前記ボクセルの総容量のうちの吐出された前記色液体が満たす部分以外の残部分が満たされるように、無彩色の前記色液体と無色の前記透明液体とを、設定された前記透明度に応じた割合の液量で吐出させるステップと、前記硬化ユニットに、吐出された前記色液体と前記透明液体とを硬化させて前記ボクセルを形成させるステップと、を実行する。

このプログラムによれば、立体物を構成するボクセルは、吐出された色液体によって設定された表示色とされるとともに、吐出された無彩色の色液体の液量と吐出された無色の透明液体の液量との割合によって、設定された透明度とされる。したがって、ボクセルによって造形される立体物について、無彩色の色液体と無色の透明液体とによって、ボクセルの表示色（色相）の変化を抑制しつつ、その透明度を制御することが可能となる。

立体物造形装置の一実施形態の概略構成を示す模式図。 （ａ）は立体物造形装置において行われる立体物（ボクセル）の造形に係る構成を示す模式図、（ｂ）は形成される立体物（ボクセル）を示す斜視図。 ボクセルを形成する際に液体を吐出する吐出ユニットのノズルを示す模式図。 立体物造形装置において行われる立体物造形動作処理を示すフローチャート。 ボクセルの色データから変換された各色液体の吐出量を示す色液体吐出データとボクセルの残容量の一例を示すテーブル。 ボクセルの透明度に応じた色液体と透明液体の液量割合の例を示すテーブル。 （ａ），（ｂ）は、立体物の造形動作において形成されるボクセルを示す模式図。 透明度に応じて形成されるボクセルの一例を示す模式図。

以下、立体物造形装置の一実施形態として、液体を吐出可能な複数のノズルを有す吐出ユニットと、この吐出ユニットから造形テーブルに吐出された液体を硬化させる硬化ユニットと、を備えるプリンターについて、図を参照して説明する。

図１に示すように、立体物造形装置の一例としてのプリンター１１は、液体を吐出可能な複数のノズルＮを一方向に並んで有するとともに、その複数のノズルＮの並び方向を長手方向とする吐出ユニット２０と、この吐出ユニット２０から吐出される液体を受けるテーブルとなる造形テーブル３０とを備えている。

吐出ユニット２０は、長手方向と交差する短手方向に並設された６つの個別ヘッド２０Ｈで構成されている。この６つの個別ヘッド２０Ｈはそれぞれ、少なくとも造形テーブル３０上に造形される立体物の長さを有する一本のラインヘッドとされている。そして６つの個別ヘッド２０ＨのそれぞれのノズルＮから、シアン、マゼンタ、イエローの有彩色の色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅと、黒および白の無彩色の色液体Ｋｕ，Ｗｈと、の合計５種類の有色の色液体と、無色の透明液体Ｔｍが、それぞれ吐出されるように構成されている。

本実施形態では、この６つの個別ヘッド２０Ｈに対して、有色の色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕ，Ｗｈと無色の透明液体Ｔｍとがそれぞれ収容された６つの液体収容体ＴＣ，ＴＭ，ＴＹ，ＴＫ，ＴＷ，ＴＴが、液体を供給可能な可撓性のチューブなどによって接続されている。そして、立体物を形成する際には、可撓性のチューブを介して供給される有色の色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕ，Ｗｈおよび無色の透明液体Ｔｍが、各個別ヘッド２０Ｈ（吐出ユニット２０）から造形テーブル３０に対して吐出される（図２（ａ）参照）。

６つの個別ヘッド２０Ｈで構成された吐出ユニット２０はヘッド固定板２１に固定され、さらにヘッド固定板２１は、駆動源となる第１モーター２４の回転駆動に伴って移動するキャリッジ２３に対して取り付けられている。

キャリッジ２３は、吐出ユニット２０と同じ方向に長手方向を有している。そして、その長手方向の一端側は、駆動ローラー２６ａと従動ローラー２６ｂとの間に架け渡された無端状のベルト２７の一部に固定されている。そして、キャリッジ２３の少なくとも一部（ここでは長手方向の他端側）は、直線状に延びるガイド部材２８によってガイドされ、長手方向と交差（ここでは直交）する個別ヘッド２０Ｈの並び方向である短手方向へ移動可能に取り付けられている。したがって、キャリッジ２３は、駆動源となる第１モーター２４によって回転駆動される駆動ローラー２６ａの回転に伴って移動するベルト２７とともに、その短手方向へ移動する。このキャリッジ２３の短手方向への移動によって、吐出ユニット２０は造形テーブル３０の全域に渡って往復移動可能とされている。

本実施形態では、吐出ユニット２０の移動方向について、その短手方向を主走査方向Ｙと呼称し、その長手方向を副走査方向Ｘと呼称する。また、主走査方向Ｙにおいて吐出ユニット２０が立体物の形成を開始する際に移動する方向側であって、造形テーブル３０に近い側を＋Ｙ側とし、副走査方向Ｘにおいて吐出ユニット２０がベルト２７に固定された側を＋Ｘ側とする。

造形テーブル３０はその反重力方向＋Ｚ側の上面が矩形の平坦面であって、その法線方向は鉛直方向Ｚとされている。また、造形テーブル３０は、主走査方向Ｙに沿って移動する吐出ユニット２０との間の鉛直方向Ｚにおける距離が変化するように、その重力方向−Ｚ側に位置する昇降部３１によって昇降可能とされている（図２（ａ）参照）。本実施形態では、昇降部３１は、造形テーブル３０を支える断面が矩形の支柱３２の一面に設けられたラック３２ａと、このラック３２ａの歯と噛み合うピニオン３３がその回転軸に固定された第２モーター３４とを含んで構成され、第２モーター３４の駆動によって、造形テーブル３０はその鉛直方向Ｚにおける高さが変化する。

また、造形テーブル３０と鉛直方向Ｚにおいて重なるように配設され、造形テーブル３０に吐出された液体を硬化させる所定の波長の光（例えば紫外線）を、矩形の造形テーブル３０の略上面全域にあたるように照射する硬化ユニット４０が備えられている。

さて、プリンター１１には、キャリッジ２３の主走査方向Ｙに沿う移動動作や吐出ユニット２０（ノズルＮ）からの重力方向−Ｚへの液体の吐出動作を制御する制御部１５が備えられている。制御部１５は、さらに、昇降部３１による造形テーブル３０の昇降動作や硬化ユニット４０の光照射動作を制御する。

本実施形態では、プリンター１１において、コンピューターを構成するＣＰＵやＲＡＭ，ＲＯＭなどを含む不図示の電気回路が内装された筐体１２が備えられている。この筐体１２に設けられた差込口１２ａに記録媒体１３が差し込まれ、この筐体１２内の電気回路と接続された操作部１４に備えられた表示部や操作ボタンを用いて入力される信号によって、差し込まれた記録媒体１３に記録（記憶）されたプログラムに従ってコンピューターが動作する。この動作によって、コンピューターは制御部１５として機能し、プリンター１１における立体物の造形動作を制御する。

すなわち、コンピューターが機能する制御部１５は、造形対象となる立体物の造形データ（例えば三次元のＣＡＤデータなど）から、その立体物を構成する複数のボクセルについて、ボクセルデータを生成する。本実施形態では、各ボクセルは表示色（ここでは、色相および彩度）と透明度とが設定されている。したがって、制御部１５は、ボクセルの三次元空間での位置を示す位置データと、ボクセルの表示色を示す色データ（例えばＲ，Ｇ，Ｂデータ）と、ボクセルの透明度を示す透明度データと、をそれぞれのボクセルについてのボクセルデータとして生成する。

そして、制御部１５は、生成したボクセルデータに基づいて、色変換処理やハーフトーン処理などの必要な処理を行い、吐出ユニット２０が有する各ノズルＮについて、それぞれのボクセル内を満たすように吐出する色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕ，Ｗｈと透明液体Ｔｍの各液体の液量を示す吐出データを生成する。さらに、生成した吐出データから、色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕ，Ｗｈと透明液体Ｔｍのそれぞれを吐出する個別ヘッド２０Ｈにおいて、ノズルＮ毎に液体を吐出させるためのノズル駆動信号ＤＮＣ，ＤＮＭ，ＤＮＹ，ＤＮＫ，ＤＮＷ，ＤＮＴを生成する。

また、制御部１５は、造形テーブル３０上に立体物を造形するために、キャリッジ２３を往復移動させる第１モーター駆動信号ＤＭ１、造形テーブル３０を昇降させる第２モーター駆動信号ＤＭ２を生成する。さらに、制御部１５は、硬化ユニット４０において光を照射させる硬化ユニット駆動信号ＤＫＬを生成する。

生成されたそれぞれのデータおよび駆動信号は、コンピューターを構成するメモリーなどの図示しない記録部に記録され、立体物を造形する際に、制御部１５によって所定のタイミングで読み出されたり出力されたりする。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態では、立体物として、側壁となる４つの立壁と底とを有する角箱５０が造形テーブル３０上に造形され、角箱５０のボクセルデータが制御部１５によって生成される。すなわち、角箱５０は、図２（ｂ）に示すように、その主走査方向Ｙおよび副走査方向Ｘにおいては、それぞれ７つのボクセルで構成され、その鉛直方向Ｚにおいては、６つのボクセルで構成されている。そして、角箱５０を構成する体積単位となる各ボクセルは、副走査方向Ｘ、主走査方向Ｙ、鉛直方向Ｚを三次元座標系とする座標（ｘ，ｙ，ｚ）でその位置が特定され、ここではその特定されたボクセルをボクセルＶ（ｘ，ｙ，ｚ）と表記する。

本実施形態では、角箱５０は鉛直方向Ｚに積層された６つのボクセル層で構成され、その重力方向−Ｚ側の最下層が１層目とされ、その反重力方向＋Ｚ側の最上層が６層目とされている。また、各ボクセル層において、ボクセルは副走査方向Ｘにおいて＋Ｘ側から１個目とされ、主走査方向Ｙにおいて−Ｙ側から１個目とされている。したがって、角箱５０の隅に位置するボクセルは、図２（ｂ）に示すように、例えばボクセル層が１層目であれば、ボクセルＶ（１，１，１）、図示しないボクセルＶ（１，７，１）、ボクセルＶ（７，１，１）、およびボクセルＶ（７，７，１）と表記される。またボクセル層が６層目であれば、ボクセルＶ（１，１，６）、ボクセルＶ（１，７，６）、ボクセルＶ（７，１，６）、およびボクセルＶ（７，７，６）と表記される。

このような複数のボクセルで構成された角箱５０を形成（造形）する場合、制御部１５は、各ボクセルＶ（ｘ，ｙ，ｚ）のボクセルデータに基づいて生成した各駆動信号を所定のタイミングで出力することによって、造形テーブル３０上に角箱５０を形成する。

すなわち、制御部１５は、図２（ａ）において白抜き矢印で示すように、キャリッジ２３（吐出ヘッド２０）を主走査方向Ｙに沿って造形テーブル３０上を＋Ｙ方向へ移動させる。このキャリッジ２３の移動中にノズル駆動信号ＤＮＣ，ＤＮＭ，ＤＮＹ，ＤＮＫ，ＤＮＷ，ＤＮＴを所定のタイミングで出力して例えば１層目のボクセルＶ（ｘ，ｙ，１）に対応する吐出データに応じた液体を吐出ユニット２０の各ノズルＮから造形テーブル３０に吐出させる。そして制御部１５は、吐出ユニット２０からの液体の吐出が終了したのち、硬化ユニット駆動信号ＤＫＬを出力して硬化ユニット４０による光照射を行い、吐出された液体を照射した光で硬化させて１層目の各ボクセルＶ（ｘ，ｙ，１）を形成する。

続いてボクセル層（例えば２層目のボクセル層）を形成する場合は、制御部１５は昇降部３１を動作させて造形テーブル３０を１つのボクセルの高さ分だけ降下させる。以降、制御部１５は同様な手順を繰り返して実行し、角箱５０を構成する６つのボクセル層における各ボクセルＶ（ｘ，ｙ，ｚ）を形成し、立体物としての角箱５０を造形テーブル３０上に形成する。

図３に示すように、本実施形態では、吐出ユニット２０を構成する６つの個別ヘッド２０Ｈには、それぞれノズルＮ１〜ノズルＮ１７までの１７個のノズルＮが副走査方向Ｘに１列に並んだノズル列となって設けられている。そして、各個別ヘッド２０Ｈにおける１つのノズルＮが副走査方向Ｘにおける１つのボクセルＶ（ｘ，ｙ，ｚ）に対応するように、１つのボクセルの副走査方向Ｘの幅とノズルＮ間のピッチとが同じ寸法(同じ長さ)とされている。

本実施形態では、このように吐出ユニット２０の各個別ヘッド２０Ｈに設けられたノズルＮは、主走査方向Ｙに沿って１列に並ぶように配置される。そして、図３においてそのうちの２つを一例として一点鎖線で囲んで示すように、各個別ヘッド２０ＨのノズルＮによってそれぞれ構成される主走査方向Ｙに並ぶ一組６つのノズルＮは、１つのボクセルＶ（ｘ，ｙ，ｚ）に対して液体を吐出する吐出部として機能する。

本実施形態では、角箱５０の１層目のボクセル層の各ボクセルＶ（ｘ，ｙ，１）は、角箱５０の底の部分を形成し、６つの個別ヘッド２０Ｈがそれぞれ有するノズルＮのうち、一組６つのノズルＮ６で構成される吐出部から、一組６つのノズルＮ１２で構成される吐出部までの、合計７つ（７組）の吐出部から吐出される液体によって形成される。

例えば、副走査方向Ｘにおける１個目に位置し、主走査方向Ｙに沿って並ぶ１行目の７つのボクセルＶ（１，１，１）〜ボクセルＶ（１，７，１）に対して、各個別ヘッド２０ＨのノズルＮ６がキャリッジ２３の移動に伴って主走査方向Ｙにおける位置ｙ１から位置ｙ７のそれぞれに到達したときに、ノズルＮ６から各色の液体が吐出される。同じく、副走査方向Ｘにおける７個目に位置し、主走査方向Ｙに沿って並ぶ７行目の７つのボクセルＶ（７，１，１）〜ボクセルＶ（７，７，１）に対して、各個別ヘッド２０ＨのノズルＮ１２がキャリッジ２３の移動に伴って主走査方向Ｙにおける位置ｙ１から位置ｙ７のそれぞれに到達したときに、ノズルＮ１２から各色の液体が吐出される。

また、図３においてハッチング領域で示すように、角箱５０の２層目のボクセル層の各ボクセルＶ（ｘ，ｙ，２）から６層目のボクセル層の各ボクセルＶ（ｘ，ｙ，６）までは、角箱５０の立壁の部分を形成するボクセルであり、下層側に位置するボクセルに重畳する。このため、２層目のボクセル層の各ボクセルＶ（ｘ，ｙ，２）から６層目のボクセル層の各ボクセルＶ（ｘ，ｙ，６）までは、１層目のボクセル層と同様に、各個別ヘッド２０Ｈにおいて、６つのノズルＮ６で構成される吐出部より６つのノズルＮ１２で構成される吐出部までの、合計７つの吐出部から吐出される各色の液体によって形成される。

次に、本実施形態のプリンター１１の作用について説明する。
本実施形態では、その作用として、角箱５０を構成する各ボクセルを形成する際に、その表示色と共に透明度を制御して各ボクセルを形成（造形）する立体物の造形動作処理が行われる。この立体物の造形動作処理は、制御部１５によって行われ、筐体１２の差込口１２ａに差し込まれた記録媒体１３に記録された立体物造形プログラムが、操作部１４からの命令信号により実行されることによって開始される。この造形動作処理について図を参照して説明する。

図４に示すように、この造形動作処理が開始されると、まずステップＳ１にて、造形対象となる立体物について生成された全ボクセルデータを取得する処理が行われる。この処理によって、角箱５０を構成する全てのボクセルについて、その造形テーブル上の三次元空間での位置、表示色、および透明度をそれぞれ示す、位置データ、色データ、および透明度データが取得される。

次にステップＳ２にて、処理回数を示す「ｎ」の値を「１」とする「ｎ＝１」の処理が行われる。この処理は、制御部１５が筐体１２内に備えられた不図示の記録部に「ｎ」の値として、初回の処理を示す値「１」を記録することによって行われる。

次にステップＳ３にて、ｎ層目の各ボクセルの色データを取得する処理が行われる。ここでは、制御部１５が、取得した全ボクセルデータからまず１層目のボクセル層を構成する各ボクセルの色データを取り出すことによって行われる。

次にステップＳ４にて、各ボクセルに吐出する各色液体の液量を設定する処理が行われ、続くステップＳ５にて、各ボクセルの残容量を算出する処理が行われる。ここでは、制御部１５は、１層目の各ボクセルのＲ，Ｇ，Ｂで表された色データから、色変換処理やハーフトーン処理などの必要な処理を行い、各ボクセルに対してノズルＮから吐出される４つの色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕのそれぞれの液量（吐出量）を示すデータ値からなる吐出データを生成する。このようにして生成された吐出データによって、吐出される各色液体の液量が設定される。そして、制御部１５は、設定された液量を用いて各ボクセルの残容量を算出する。

図５を参照して、ステップＳ４とステップＳ５での処理の一例について説明する。
図５に示すテーブルのように、本実施形態では、一例として、ステップＳ４での処理において、最大値がそれぞれ「２５５」で表されるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色データが、同じく最大値がそれぞれ値「２５５」で表される各色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕの吐出データに変換して生成される。例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂの各値が全て「０」である黒色を示す色データのボクセルに対して、色液体Ｋｕ（黒）だけ最大値「２５５」とされた吐出データが生成される。また、Ｒが最大値「２５５」でＧ，Ｂの各値が「０」である彩度の高い赤色を示す色データのボクセルに対して、色液体Ｍａ（マゼンタ）の吐出量が値「２５５」で、色液体Ｙｅ（イエロー）の吐出量が値「２５０」とされた吐出データが生成される。なお、Ｒ，Ｇ，Ｂの各値が全て最大値「２５５」である白色を示す色データのボクセルに対しては、色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕが全て値「０」とされた吐出データが生成される。

本実施形態では、１つのボクセルの体積内を満たす液体の吐出量は、有彩色の色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅが全て最大値「２５５」の吐出データの場合、つまり吐出データが値「７６５」である場合とされている。すなわち、１つのボクセルの体積を示す総容量は、色データが黒色を示すボクセル内を、黒色の色液体Ｋｕを用いることなく混色によって黒色とすることが可能なそれぞれの色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅの最大吐出量とされている。これに対して、本実施形態では、黒色を示すボクセルに黒色の色液体Ｋｕのみがその最大吐出量で吐出される。このように、ステップＳ４での処理によって生成された吐出データに応じて吐出された各色液体の吐出量は、その液量が最も多い場合であっても、ボクセル内において総容量の全部が満たされない残部分が形成されるように、ボクセル内の総容量の一部分のみが満たされる。

そして、次のステップＳ５での処理において、図５のテーブルの右端の縦列に示すように、ボクセルの総容量のうちの色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕが満たす部分以外の残部分を示す残容量を示す値として算出される。すなわち、１つのボクセルの総容量を示す値「７６５」と色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕの各吐出量の合計値を示す色液体総量の値との差分が残容量を示す値として算出される。

また、本実施形態では、各色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕの吐出データは値「５」の整数倍の値とされている。すなわち、吐出データが示す値「５」は、吐出ユニット２０における各ノズルＮから１回の吐出動作によって吐出される液体の液量（最少液量）に対応している。換言すれば、１つのボクセル内は、１つのボクセルの総容量を示す値「７６５」を値「５」で除した１５３回の液体の吐出動作によって満たされる。

図４に戻り、次に、ステップＳ６にて、ｎ層目の各ボクセルの透明度データを取得する処理が行われる。ここでは、制御部１５が、取得した全ボクセルデータから１層目のボクセル層の各ボクセルの透明度データを取り出すことによって行われる。

次にステップＳ７にて、各ボクセルに吐出する白色液体と透明液体の液量を設定する処理が行われる。ここでは、１層目のボクセル層の各ボクセルの透明度データと、ステップＳ５にて算出されたそれぞれのボクセルの残容量を示す値とから、そのボクセルの残容量を埋める白色液体である色液体Ｗｈと、透明液体Ｔｍとのそれぞれの液量が設定される。

図６を参照して、ステップＳ６とステップＳ７での処理について説明する。
図６に、一例として、透明度が０％（不透明）から透明度１００％（透明）までの５段階の透明度についてテーブルで示すように、本実施形態では、透明度に応じた割合で、吐出される白色の色液体Ｗｈと無色の透明液体Ｔｍの液量が設定される。例えば、透明度が０％の場合は色液体Ｗｈが１００％で透明液体が０％の割合で、一方、透明度が１００％の場合は色液体Ｗｈが０％で透明液体Ｔｍが１００％の割合で、各個別ヘッド２０ＨのノズルＮからボクセルの残容量を埋めるようにそれぞれの液体の液量が設定される。また、例えば透明度が５０％の場合は、色液体Ｗｈおよび透明液体Ｔｍがそれぞれ５０％の割合で、各個別ヘッド２０ＨのノズルＮからボクセルの残容量を埋めるようにそれぞれの液体の液量が設定される。このように、本実施形態では、透明度は、無彩色の色液体である白色液体に対する無色の透明液体の液量割合として設定される。

図４に戻り、次のステップＳ８にて、各液体を設定された液量で各ボクセルに吐出する処理が行われる。この処理について、図を参照して説明する。なお、ここでは、角箱５０において、吐出ユニット２０のノズルＮ９からの各液体の吐出によって形成されるボクセルＶ（４，ｙ，ｚ）のうち、主走査方向Ｙにおいて４つ目の１層目のボクセル層を構成するボクセルＶ（４，４，１）（図３参照）を例にして説明する。

図７（ａ），（ｂ）に示すように、主走査方向Ｙに沿って＋Ｙ方向へ移動する吐出ユニット２０の個別ヘッド２０Ｈに設けられた各ノズルＮ９が、主走査方向Ｙにおいて４つ目のボクセルＶ（４，４，１）の形成位置（ここではボクセルの中心位置）に移動したタイミングで、各ノズルＮ９から各液体が吐出される。すなわち、本実施形態では、形成対象となるボクセルＶ（４，４，１）に対して、図中白抜き矢印で示す方向に移動する一部が切断された状態で示された吐出ユニット２０から、色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕ，Ｗｈおよび透明液体Ｔｍの順で、各液体が吐出される。

詳しくは、図７（ａ）に示すように、吐出ユニット２０における主走査方向Ｙの＋Ｙ側に位置する４つの個別ヘッド２０ＨのそれぞれのノズルＮ９がボクセルＶ（４，４，１）の形成位置に順次移動したタイミングでノズル駆動信号ＤＮＣ，ＤＮＭ，ＤＮＹ，ＤＮＫが出力される。この結果、ノズルＮ９から色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕがそれぞれ設定された液量でボクセル（４，４，１）に対して吐出される。この吐出された色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕの液量によって、図７（ａ）において網掛け領域で示すように、ボクセルＶ（４，４，１）の体積を示す総容量の一部分が満たされて、ボクセルの色データに応じた表示色部分が形成される。ちなみに本実施形態では、ボクセルＶ（４，４，１）の色液体の総量を示す吐出データは値「３６５」とされ、ボクセルの残容量を示す吐出データは値「４００」とされている。

次に、図７（ｂ）に示すように、吐出ユニット２０における主走査方向Ｙの＋Ｙ側とは反対側に位置する２つの個別ヘッド２０ＨのそれぞれのノズルＮ９がボクセルＶ（４，４，１）の形成位置に順次移動したタイミングでノズル駆動信号ＤＮＷ，ＤＮＴが出力される。この結果、ノズルＮ９から白色の色液体Ｗｈと透明液体Ｔｍがそれぞれ設定された液量で吐出される。この吐出された色液体Ｗｈの液量と透明液体Ｔｍの液量とによって、図７（ｂ）においてハッチング領域と無地領域とで示すように、ボクセルＶ（４，４，１）の総容量のうちの一部分以外の残部分である残容量が満たされて、ボクセルの透明度データに応じた透明部分が形成される。ちなみに本実施形態では、透明度データは透明度５０％とされ、残容量を示す吐出データの値「４００」の半分の値「２００」に相当する液量で、それぞれ色液体Ｗｈと透明液体ＴｍとがボクセルＶ（４，４，１）へ吐出され、ボクセルＶ（４，４，１）内が液体で全部満たされる。

なお、図７（ａ），（ｂ）に示すように、ボクセルＶ（４，４，１）よりも先に、吐出ユニット２０から吐出される各液体でその総容量が満たされるボクセルＶ（４，３，１）は、図中網掛け領域で示すように総容量の凡そ三分の一の部分が色液体で満たされている。そして、残りの残部分となる残容量のうち、図中ハッチング領域で示すように２５％が色液体Ｗｈで満たされ、図中無地領域で示すように７５％が透明液体Ｔｍで満たされている。すなわち、ボクセルＶ（４，３，１）の透明度データは透明度７５％とされている。このようにして、立体物である角箱５０の１層目の各ボクセルＶ（ｘ，ｙ，１）内が、吐出された各液体によって満たされる。

図４に戻り、次にステップＳ９にて、吐出された各液体を硬化する処理が行われる。制御部１５は吐出ユニット２０からの液体の吐出が終了したのち、硬化ユニット駆動信号ＤＫＬを出力して硬化ユニット４０による光照射を行い、各ボクセルＶ（ｘ，ｙ，１）内に吐出された各液体を、照射した光で硬化させて１層目のボクセル層の各ボクセルＶ（ｘ，ｙ，１）を形成する。すなわち、ボクセルＶ（ｘ，ｙ，１）の位置へ吐出された液体は、硬化ユニット４０による照射によりその位置において硬化することによって、角箱５０を構成する１つのボクセル層が形成される。

なお、本実施形態では、次のボクセル層の形成を開始するまでの間に、制御部１５は第１モーター駆動信号ＤＭ１を出力してキャリッジ２３を元の位置へ移動させる。もとより、キャリッジ２３を元の位置へ移動させることなく、次のボクセル層を形成する場合は、直前に形成したボクセル層のときとは反対方向にキャリッジ２３を移動させるようにしてもよい。この場合は、ボクセルに対して吐出される液体の色の吐出順序は逆になる。

次に、ステップＳ１０にてｎ＋１層目の吐出データはあるか否かの判定処理が行われる。この判定処理は、制御部１５がステップＳ１での処理においてｎ＋１層目（ここでは２層目）のボクセル層を構成するボクセルのボクセルデータが取得されているか否かを判定することによって行われる。判定の結果、吐出データが取得されていない場合（ステップＳ４：ＮＯ）、立体物である角箱５０の造形が終了したことになるので、ここでの造形動作処理が終了する。

一方、判定の結果、吐出データが取得されている場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、角箱５０の造形は終了していないので、次のステップＳ１１にて、造形テーブルを降下する処理が行われる。すなわち、ｎ層目（１層目）の上に形成されるｎ＋１層目（２層目）のボクセル層のボクセルの形成のために、制御部１５は第２モーター駆動信号ＤＭ２を出力してボクセル一層分の寸法だけ造形テーブル３０を重力方向側に降下させる。

次に、ステップＳ１２にて処理回数を示す「ｎ」の値を１つ増やす「ｎ＝ｎ＋１」の処理が行われる。その後、再びステップＳ３の処理に戻り、以降同様な処理を繰り返す。そして再びステップＳ１０での判定処理において、ｎ＋１層目の吐出データが生成されている場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、角箱５０の造形は終了していないのでステップＳ３からステップＳ１０までの処理が繰り返し行われ、各ボクセル層（１層目から６層目まで）のボクセルが形成される。

図８に、一例として、角箱５０の造形動作処理の途中であって、副走査方向Ｘにおける４個目に位置し、主走査方向Ｙに並ぶ４行目のボクセルＶ（４，ｙ，ｚ）のうち、ステップＳ３からステップＳ１０までの処理が３回繰り返し行われて形成された１層目から３層目までのボクセル層のボクセルを示す。

図８に示すように、本実施形態では、造形動作処理によって形成された１層目のボクセル層の各ボクセルのうち、主走査方向Ｙにおける１個目のボクセルＶ（４，１，１）は、ボクセルの残容量が透明液体Ｔｍのみで満たされた透明度１００％で形成されている。一方、主走査方向Ｙにおける７個目のボクセルＶ（４，７，１）は、ボクセルの残容量が白色の色液体Ｗｈのみで満たされた透明度０％で形成されている。また、その間の５つのボクセルは、ボクセルＶ（４，１，１）からボクセルＶ（４，４，１）に向かって透明液体Ｔｍに対する色液体Ｗｈの液量割合が大きくなるように設定され、透明度が１００％から約５０％まで徐々に低下するように形成され、ボクセルＶ（４，４，１）からボクセルＶ（４，６，１）までは、透明度が約５０％で形成されている。

さらに、１層目から３層目までのボクセル層の各ボクセルのうち、主走査方向Ｙにおける１個目の各ボクセルにおいて、１層目のボクセルＶ（４，１，１）から３層目のボクセルＶ（４，１，３）に向かって透明液体Ｔｍに対する色液体Ｗｈの液量割合が大きくなっている。これにより、ボクセルは透明度が１００％から約６０％まで徐々に低くなるように形成されている。一方、主走査方向Ｙにおける７個目の各ボクセルにおいて、１層目のボクセルＶ（４，７，１）から３層目のボクセルＶ（４，７，３）に向かって色液体Ｗｈに対する透明液体Ｔｍの液量割合が大きくなることにより、ボクセルは透明度が０％から約４０％まで徐々に高くなるように形成されている。

なお、図７（ａ），（ｂ）および図８では、ボクセル内において混ざることなく各液体は鉛直方向Ｚに積層された状態で図示されているが、もとより各液体は積層された状態に限らず、互いに混ざり合った状態になる場合もある。

上記実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）形成されるボクセルの透明度を、吐出される無彩色である白色の色液体Ｗｈと無色の透明液体Ｔｍとの液量割合で制御する。したがって、複数のボクセルによって造形される立体物（角箱５０）について、表示色が暗くなる（明度が下がる）ことなくその色相変化を抑制しつつ設定された透明度に制御することが可能となる。

（２）ボクセル内の総容量（全部）が、立体物（角箱５０）の表示色を生成するために吐出された色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕで満たされることを抑制し、ボクセル内に無彩色の色液体Ｗｈおよび無色の透明液体Ｔｍが吐出可能な残部分をボクセル内に形成する。したがって、複数のボクセルによって造形される立体物（角箱５０）について、無彩色の色液体Ｗｈおよび透明液体Ｔｍによって、その透明度を制御することが可能となる。

なお、上記実施形態は、以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・上記実施形態において、吐出ユニット２０は、必ずしも、色液体に含まれる白色の色液体Ｗｈと無色の透明液体Ｔｍを、設定された透明度から生成された透明度データに応じた割合の液量でそれぞれ吐出しなくてもよい。例えば、ボクセルの残容量を、無彩色のうちの黒色の色液体Ｋｕと無色の透明液体Ｔｍとで満たすこととし、設定された透明度に応じた割合の液量で、黒色の色液体Ｋｕと無色の透明液体Ｔｍとを吐出するようにしてもよい。あるいは、ボクセルの残容量を、無彩色のうちの灰色の色液体、すなわち白色の色液体Ｗｈと黒色の色液体Ｋｕとが所定の割合で混液された液体と、無色の透明液体Ｔｍと、で満たすこととし、灰色の色液体と無色の透明液体Ｔｍとを設定された透明度に応じた割合の液量で吐出するようにしてもよい。

本変形例によれば、上記実施形態の効果（１）に替えて、次の効果を奏する。
（３）立体物（角箱５０）を構成するボクセルは、吐出された色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕによって設定された表示色とされるとともに、形成されるボクセルの透明度を、吐出される黒色あるいは灰色の無彩色の色液体と無色の透明液体Ｔｍとの液量割合で制御する。したがって、複数のボクセルによって造形される立体物（角箱５０）について、ボクセルの表示色について明度が変化するものの、その色相の変化を抑制しつつ設定された透明度に制御することが可能となる。

・上記実施形態において、各ボクセルの表示色として色相と彩度に加えて明度が設定され、設定されたボクセルの表示色を生成するために、各色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕに加えて、白色の色液体Ｗｈもボクセルに対して吐出されるようにしてもよい。そして、この場合、ボクセルの表示色を生成するために吐出される各色液体のうち、白色の色液体Ｗｈの液量に対して、設定された透明度に応じた割合の液量で透明液体Ｔｍが吐出されるようにしてもよい。あるいは、ボクセルの表示色のうちの色相以外の明度と彩度とを生成するために吐出される白色の色液体Ｗｈと黒色の色液体Ｋｕの合計の液量に対して、設定された透明度に応じた割合の液量で透明液体Ｔｍが吐出されるようにしてもよい。

なお、この場合は、吐出される白色や黒色を含む各色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕ，Ｗｈと透明液体Ｔｍとによって、ボクセル内が全部満たされるように、それぞれの吐出量が設定される。換言すれば、各ボクセルについて、ボクセルの残容量を満たしつつ設定された透明度になるように無色の透明液体Ｔｍが吐出される。すなわち、立体物を構成する各ボクセルを、ボクセルの表示色（色相、彩度、明度）の変化を抑制しつつ、例えば設定された透明度に応じて、ボクセルの透明度を制御することが可能である。

・上記実施形態において、１つのボクセルの容量は、必ずしも、色データが黒色であるボクセル内を、黒色の色液体Ｋｕを用いることなく混色によって黒色とすることが可能なそれぞれの色液体Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅの最大吐出量とされていなくてもよい。例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂの色データから変換された各色液体の吐出量の合計値の最大値を超える値であれば、１つのボクセルの容量はどのような値であってもよい。

・あるいは、上記実施形態において、１つのボクセルの総容量は、Ｒ，Ｇ，Ｂの色データから変換された各色液体の吐出量の合計値の最大値と等しい値であってもよい。なお、総容量が各色液体の最大吐出量の合計値となるボクセルは、透明度が０％のボクセルとされる。

・上記実施形態において、形成対象となる１つのボクセルＶ（ｘ，ｙ，ｚ）に対して、必ずしも、最初に色液体Ｃｙが吐出され、以降、色液体Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕ，Ｗｈおよび透明液体Ｔｍの順で各液体が吐出されなくてもよい。例えば、色液体Ｙｅが最初に吐出されてもよいし、透明液体Ｔｍが最初に吐出されてもよい。また、各液体は吐出ユニット２０が主走査方向Ｙにおいて＋Ｙ方向へ移動（往移動）する際に加え、その逆の−Ｙ方向へ移動（復移動）する際においても吐出ユニット２０から吐出されるようにしてもよい。もとより、このような吐出ユニット２０の往復移動において各液体を吐出する場合は、往移動と復移動とでは互いに逆の順序で各液体がボクセルに対して吐出される。

・上記実施形態において、吐出ユニット２０を構成する個別ヘッド２０Ｈは、副走査方向Ｘに延びる一つのヘッドとされたラインヘッドに限らず、他の構成のヘッドであってもよい。例えば、ここでは図示を省略するが、個別ヘッド２０Ｈは、副走査方向Ｘにおいて複数に分割された分割ヘッドで構成されたラインヘッドであってもよい。

・上記実施形態において、ボクセルに対して液体を吐出する吐出部は、必ずしも１つのボクセルに対して各個別ヘッド２０Ｈにおける１つのノズルＮで構成されなくてもよい。例えば１つのボクセルに対して３つや４つなど１つ以上のノズルから液体を吐出する構成であってもよい。この場合、ノズル列も一列に限らず、複数列が設けられていてもよい。すなわち、吐出部は、１つのボクセルの総容量（体積）を満たす液体を吐出するのに必要な１つ以上のノズルで構成されてもよい。

・上記実施形態において、個別ヘッド２０Ｈは必ずしも６つでなくてもよい。例えば５つ以下でもよいし、７つ以上でもよい。また、液体の色は、シアン、マゼンタ、イエローの有彩色と、黒および白の無彩色に限らない。要は、立体物造形装置としてのプリンター１１は、立体物の造形に必要な色数と、その色数に応じた数の個別ヘッド２０Ｈとを備えればよい。

・上記実施形態において、立体物造形装置としてのプリンター１１は、光硬化型の液体以外の他の流体（液体や、機能材料の粒子が液体に分散又は混合されてなる液状体、ゲルのような流状体、流体として流して吐出できる固体を含む）を吐出して立体物を造形する装置であってもよい。例えば、加熱で硬化する熱硬化型樹脂や、反対に加熱で軟化する熱軟化性の樹脂や金属であってもよい。

１１…プリンター（立体物造形装置の一例）、１５…制御部、２０…吐出ユニット、３０…造形テーブル、４０…硬化ユニット、５０…角箱（立体物の一例）、Ｖ…ボクセル、Ｃｙ，Ｍａ，Ｙｅ，Ｋｕ，Ｗｈ…色液体、Ｔｍ…透明液体。

Claims (5)

1. 無彩色を含む複数の有色の色液体と無色の透明液体とを吐出可能な吐出ユニットと、
   前記吐出ユニットから造形テーブルに吐出された液体を硬化させて前記造形テーブル上に立体物を構成するボクセルを形成する硬化ユニットと、
   を備える立体物造形装置であって、
   前記ボクセルは表示色と透明度が設定され、
   前記吐出ユニットは、前記表示色に応じた液量で前記色液体を吐出するとともに、前記ボクセルの総容量のうちの吐出された前記色液体が満たす部分以外の残部分が満たされるように、無彩色の前記色液体と無色の前記透明液体とを、前記透明度に応じた割合の液量で吐出し、
   前記硬化ユニットは、吐出された前記色液体と前記透明液体とを硬化させて前記ボクセルを形成する
   ことを特徴とする立体物造形装置。
2. 前記吐出ユニットは、前記無彩色のうちの白色の前記色液体と無色の前記透明液体とを、設定された前記透明度に応じた割合の液量で吐出す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. 前記吐出ユニットは、前記ボクセル内に前記残部分が形成されるように前記色液体を吐出することを特徴とする請求項１または２に記載の立体物造形装置。
4. 無彩色を含む複数の有色の色液体と無色の透明液体とを吐出可能な吐出ユニットと、
   前記吐出ユニットから造形テーブルに吐出された液体を硬化させて前記造形テーブル上に立体物を構成するボクセルを形成する硬化ユニットと、
   を備える立体物造形装置において実施される立体物造形方法であって、
   前記ボクセルは表示色と透明度が設定され、
   前記吐出ユニットが、前記表示色に応じた液量で前記色液体を吐出するとともに、前記ボクセルの総容量のうちの吐出された前記色液体が満たす部分以外の残部分が満たされるように、無彩色の前記色液体と無色の前記透明液体とを、前記透明度に応じた割合の液量で吐出するステップと、
   前記硬化ユニットが、吐出された前記色液体と前記透明液体とを硬化させて前記ボクセルを形成するステップと、
   を有することを特徴とする立体物造形方法。
5. 無彩色を含む複数の有色の色液体と無色の透明液体とを吐出可能な吐出ユニットと、
   前記吐出ユニットから造形テーブルに吐出された液体を硬化させて前記造形テーブル上に立体物を構成するボクセルを形成する硬化ユニットと、
   前記吐出ユニット及び前記硬化ユニットを制御する制御部と、
   を備える立体物造形装置における前記制御部で実行される立体物造形プログラムであって、
   前記ボクセルは表示色と透明度が設定され、
   前記制御部が、
   前記吐出ユニットに、前記表示色に応じた液量で前記色液体を吐出させるとともに、前記ボクセルの総容量のうちの吐出された前記色液体が満たす部分以外の残部分が満たされるように、無彩色の前記色液体と無色の前記透明液体とを、前記透明度に応じた割合の液量で吐出させるステップと、
   前記硬化ユニットに、吐出された前記色液体と前記透明液体とを硬化させて前記ボクセルを形成させるステップと、
   を実行することを特徴とする立体物造形プログラム。