JP2020082617A - ３次元造形装置、３次元造形方法、及び３次元造形プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で３次元造形物の品質を向上する。【解決手段】３次元造形装置は、それぞれが液体を吐出する複数のノズルを有する液体吐出ヘッドと、前記液体を硬化させる硬化部と、前記複数のノズルにおける前記液体を吐出する順番を規定する吐出順マスクを記憶する記憶部と、前記液体吐出ヘッドによる液体の吐出と吐出された液体の前記硬化部による硬化とを繰り返して複数の層を３次元造形物として記録媒体上に形成する際に、前記複数の層における異なる層について前記吐出順マスクを適用する開始点を変更する制御部とを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、３次元造形装置、３次元造形方法、及び３次元造形プログラムに関する。

３次元造形装置は、紫外線硬化型インクなどの光硬化型の液体を用いて液滴を吐出し、紫外線などの光を照射させて記録媒体上の液滴を硬化させる。また、３次元造形装置は、カラーインクの層、積層用ホワイトインクの層、クリアー（透明）インクの層などの複数の層を積層させて３次元造形物として記録媒体上に生成する。

特許文献１には、画像形成装置において、画像の輪郭部分を通常マスクのドット形成パターンにより第１の紫外線硬化型インクで形成し、画像の内側部分をランダムマスクのドット形成パターンにより第２の紫外線硬化型インクで形成し、第１の紫外線硬化型インクを硬化させてから第２の紫外線硬化型インクを硬化させることが記載されている。これにより、特許文献１によれば、ベタ部分を形成するレベリングが必要な部分には硬化までの時間を稼ぎ、レベリングを行うと滲みやすい輪郭部分は着弾後速やかに硬化させるので、高画質化が図れるとされている。

特許文献１に記載の技術では、画像の輪郭部分と画像の内側部分とで異なる液体及び異なるマスク（ドット着弾順序）のデータを用いることが前提となっており、３次元造形物を記録媒体上に生成するための構成が複雑化する可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で３次元造形物の品質を向上することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面に係る３次元造形装置は、それぞれが液体を吐出する複数のノズルを有する液体吐出ヘッドと、前記液体を硬化させる硬化部と、前記複数のノズルにおける前記液体を吐出する順番を規定する吐出順マスクを記憶する記憶部と、前記液体吐出ヘッドによる液体の吐出と吐出された液体の前記硬化部による硬化とを繰り返して複数の層を３次元造形物として記録媒体上に形成する際に、前記複数の層における異なる層について前記吐出順マスクを適用する開始点を変更する制御部とを有する。

本発明によれば、簡易な構成で３次元造形物の品質を向上できるという効果を奏する。

図１は、実施形態にかかる３次元造形装置の外観構成を示す側面図である。 図２は、実施形態におけるキャリッジの構成を示す平面図である。 図３は、実施形態における打ち順マスク（吐出順マスク）を説明するための図である。 図４は、実施形態における打ち順マスクを用いたドット形成パターンを示す図である。 図５は、実施形態における層毎における打ち順マスクの適用の開始点の変更を示す図である。 図６は、実施形態における記録媒体上の表面の凹凸を示す図である。 図７は、実施形態にかかる３次元造形装置の構成を示すブロック図である。 図８は、実施形態にかかる制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 図９は、実施形態にかかる３次元造形装置の動作例を示すフローチャートである。 図１０は、実施形態にかかる３次元造形装置の他の動作例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる３次元造形装置を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

（実施形態）
実施形態にかかる３次元造形装置は、液体吐出ヘッド（例えば、インクジェットヘッド）から液体（例えば、インク）を吐出させ、記録媒体（例えば、印刷対象物）上に所望の造形物（例えば、画像）を形成する。３次元造形装置は、例えば、インクジェット方式にて吐出されたインクを印刷対象物へ定着させる方法の一つとして、紫外線硬化型インクを吐出して画像形成を行い、紫外線を照射することで印刷対象物へインクを定着させることがある。また、３次元造形装置は、記録媒体上にカラーインクの層と、形状を形成するためのインク、たとえば積層用ホワイトインク（以下Ｗインク）やクリアー（透明）インク（以下ＣＬインク）の層とを積層させ、３次元造形物（例えば、積層画像）を形成することがある。

複数のドットを積層させた積層画像を形成する場合、積層数が多くなるほど液滴を吐出するノズルの吐出ムラの蓄積などによって、積層形成物の表面に凹凸が発生し、形成物の品質が低下する場合がある。この問題を解決するために、印刷領域の特定の座標に対する液滴を吐出するノズルを各層ごとに変更させることで吐出ムラを拡散させ、形成物の表面の凹凸を低減させる第１の制御が考えられる。

例えば、第１の制御では、画像の輪郭部分を通常マスクのドット形成パターンにより第１の紫外線硬化型インクで形成し、画像の内側部分をランダムマスクのドット形成パターンにより第２の紫外線硬化型インクで形成し、第１の紫外線硬化型インクを硬化させてから第２の紫外線硬化型インクを硬化させる。これにより、ベタ部分を形成するレベリングが必要な部分には硬化までの時間を稼ぎ、レベリングを行うと滲みやすい輪郭部分は着弾後速やかに硬化させるので、高画質化が図れるようにも考えられる。

しかし、第１の制御では、画像の輪郭部分と画像の内側部分とで異なる液体及び異なるマスク（ドット着弾順序）のデータを用いることが前提となっており、３次元造形物を記録媒体上に生成するための構成が複雑化する可能性がある。すなわち、複数のマスクパターンを保持するため、装置構成が複雑になる可能性がある。

そこで、本実施形態では、３次元造形装置において、ノズルの吐出順番を規定する１つの吐出順マスク（打ち順マスク）を用意し、複数の層における異なる層を記録媒体上に形成する際にその吐出順マスクの適用の開始点を変更することで、簡易な制御及び構成による３次元造形物の品質向上を図る。

具体的には、３次元造形装置は、光硬化型の液体を用いて液滴を吐出し、光を照射させて液滴を硬化させ、硬化された液滴の複数の層が積層された積層画像を記録媒体上に形成する。このとき、液滴を吐出させる順番を制御する１つの打ち順マスクを用意し、各層ごとに画像形成領域における打ち順マスクの適用の開始点を変更し画像形成領域に異なる打ち順で液体の吐出を行う。これにより、最終的な立体形成物の表面の凹凸を低減させることができる。

例えば、各層ごとにブランクデータを挿入して液体吐出の開始位置をずらして複数の打ち順マスクを用いて各層ごとの異なる打ち順の液体吐出を実現する場合、生産性の低下や装置構成の煩雑化を招く可能性があるが、本実施形態では、１つの打ち順マスクを用いて制御を行うため、打ち順マスクを用いた制御内容を簡略化できるとともにそのための構成を簡略化でき、簡単な構成にて立体形成物の品質を向上できる。

より具体的には、３次元造形装置１００は、図１に示すように、構成され得る。図１は、３次元造形装置１００の外観構成を示す図である。

３次元造形装置１００は、例えばシャトル形の画像形成装置であり、キャリッジ１１を有する。３次元造形装置１００では、記録媒体１０における画像形成領域を複数回キャリッジ１１が往復して画像形成を行う。キャリッジ１１は、ヘッドユニット１２、照射ユニット１３Ａ，１３Ｂ、及び搬送ステージ１５を有する。ヘッドユニット１２は、少なくとも１つ以上の液体吐出ヘッドを有する液体吐出部である。照射ユニット１３Ａ，１３Ｂは、記録媒体１０上の液体に紫外線を照射して液体を硬化するする硬化部であり、ヘッドユニット１２の両端に少なくとも一方に搭載され得る。図１では、ヘッドユニット１２の両端に照射ユニット１３Ａ，１３Ｂが搭載される構成が例示されている。また、図１では、液体吐出ヘッドから吐出される液体が紫外線硬化型インクである場合を例示しているが、液体（例えば、インク）の硬化方法はこれに限定されるものではない。

３次元造形装置１００は、例えばインクジェット記録装置であり、ブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍａ）、イエロー（Ｙｅ）、クリアー（Ｃｌ）、ホワイト（Ｗｈ）の６色のインクを吐出するヘッドユニットを有し、これらのヘッドユニットを記録媒体の搬送方向と直交する方向に往復動作させて画像形成を行う。

３次元造形装置１００は、往路方向２１及び復路方向２２に往復移動（双方向走査）するキャリッジ１１と、記録媒体１０を搬送する搬送ステージ１５とを備えている。キャリッジ１１には、インク滴を吐出する複数の吐出ヘッドを有するヘッドユニット１２と、活性エネルギー線を照射する照射ユニット１３Ａ，１３Ｂとを搭載している。また、キャリッジ１１は、記録媒体１０の搬送方向に対して直交する方向に走査して画像を形成する。以下では、照射ユニット１３Ａ，１３Ｂを区別する必要がない場合には単に「照射ユニット１３」と表記する。

ヘッドユニット１２は、活性エネルギー線により硬化するインク滴を記録媒体１０上に吐出して画像を形成する１又は複数の吐出ヘッドを備えている。ヘッドユニット１２は、活性エネルギー線として例えば、紫外線を照射することで硬化する紫外線硬化型液体であるインク滴を吐出する複数の吐出ヘッドを備えている。なお、１つの吐出ヘッドの複数のノズル列からインク滴を吐出させるようにすることもできる。ヘッドユニット１２を構成する吐出ヘッドは、インク滴を吐出するための圧力を発生する圧力発生部を備えたものが使用できる。圧力発生部は、例えば、圧電素子などの圧電アクチュエータ、発熱抵抗体などのサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどである。また、ヘッドユニット１２は、色毎に独立したヘッド構成に限るものではなく、複数の色のインク滴を吐出する複数のノズルで構成されるノズル列を有する１又は複数の吐出ヘッドを有する構成でもよい。

照射ユニット１３は、記録媒体１０上に着弾した液滴（例えば、インク滴）を硬化させる活性エネルギー線を照射する。活性エネルギー線としては、可視光、紫外線、赤外線、Ｘ線、α線、β線、γ線などを例示することができるが、反応速度が速く、エネルギー線発生装置が比較的安価であるという点から、紫外線が最も好ましい。照射エネルギー量は、１００ｍＪ／ｃｍ^２以上が好ましく、より好ましくは２００ｍＪ／ｃｍ^２以上である。以下では、活性エネルギー線を、例えば紫外線を一例として説明する。

照射ユニット１３Ａは、活性エネルギー線照射部であり、ヘッドユニット１２から吐出される液滴（例えば、インク滴）を硬化させる波長の例えば、紫外線を照射し、往路方向２１でヘッドユニット１２に対して後方側に配置されている。

照射ユニット１３Ｂは、活性エネルギー線照射部であり、ヘッドユニット１２から吐出される液滴（例えば、インク滴）を硬化させる波長の例えば、紫外線を照射し、復路方向２２でヘッドユニット１２に対して後方側に配置されている。

なお、図１の例において、照射ユニット１３Ａ，１３Ｂは、ヘッドユニット１２の両端部に配置されているが、これに限ることはなく、キャリッジ１１の構成は任意である。

照射ユニット１３の光源としては、例えば、ＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）−Ａ、ＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）−Ｂ、ＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）−Ｃなどの各紫外線領域が発光スペクトルとして出力される、例えば、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、無電極ＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）ランプ、ＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）レーザー、キセノンランプ、ＬＥＤランプ、殺菌ランプ等を用いることができる。また、特定の狭い波長領域に発光波長を絞り込んでピーク波長の発光効率が良く高照度が得られ、低消費電力、長寿命であるＬＥＤ型照射装置を用いることもできる。また、代表的な有電極ランプの３６５ｎｍのピーク照度は、数Ｗ／ｃｍ^２であるが、ＬＥＤ型照射装置（３９５ｎｍＬＥＤや４０５ｎｍＬＥＤ）のピーク照度は、十数Ｗ／ｃｍ^２と通常の有電極ランプの数倍の強度を有する。このように、有電極ランプは、広い波長域の発光スペクトルを有するが、ＬＥＤ型照射装置は、それぞれの中心波長のまわりに狭い発光スペクトルを有する。

なお、照射ユニット１３の光源に使用するランプは、インク組成物内の光重合開始剤により選択され、発光ピーク波長が光重合開始剤の吸収特性にマッチングしたものが好ましい。例えば、インク組成物内の光重合開始剤の反応ピーク波長が３６５ｎｍであれば、３００〜４５０ｎｍの波長領域が強い、例えば、メタルハライドランプを選定することが好ましい。また、インク組成物内の光重合開始剤の反応ピーク波長が２４０ｎｍであれば、例えば、高圧水銀ランプ等を選択することが好ましい。

なお、照射ユニット１３の照射条件（発光波長、レベリング時間、照射強度等）を制御することで、部分的に任意の画像品質を確保することが可能である。

キャリッジ１１の移動領域の下方には、搬送ステージ１５が配置されている。この搬送ステージ１５上に記録媒体１０が載せられる。搬送ステージ１５上にセットされた記録媒体１０が搬送ステージ１５上を搬送され、画像形成部であるヘッドユニット１２下にて画像形成される。すなわち、キャリッジ１１を移動させてヘッドユニット１２から紫外線により硬化するインク滴を記録媒体１０上に吐出することにより、記録媒体１０上に所望の画像を形成することができる。

ここで、活性エネルギー線硬化型インクで記録媒体１０上に画像形成する場合、通常の水系インク等と比較して記録媒体１０の材質等を選ばず、プラスチック材（ポリプロピレン、ポリエチレン等）などの非浸透性の記録媒体への画像形成も可能である。つまり、記録媒体１０の選択肢が広がる利点を有する。以下の説明では、記録媒体１０が非浸透性の記録媒体１０であることを前提とする。以下では、記録媒体を「基材」とも表記する。

例えば、３次元造形装置１００は、マルチパス方式で液体の吐出を行ってもよい。マルチパス方式は、キャリッジ１１を記録媒体１０に対して主走査方向Ｘに相対的に往復移動させると共に、記録媒体１０を副走査方向Ｙに相対的に移動させることで、画像を形成する方式である。すなわち、主走査方向Ｘの１回の走査を１つの１パスの走査とすると、それに副走査方向Ｙの走査を組み合わせて、複数パスの走査を行いながら記録媒体１０上に液体の吐出を行うことになる。この場合、ヘッドユニット１２は、例えば、主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙの双方に複数のノズルを配列させた構成であってもよいし、主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙの何れか一方にノズルを配列させた構成であってもよい。なお、複数層の画像を積層した積層画像とする場合、記録媒体１０を鉛直方向Ｚに相対的に移動させることで、各層の画像を形成する。

次に、図２を用いて、キャリッジ１１に搭載されるヘッドユニット１２の構成について説明する。図２は、キャリッジの構成の一例を示す図である。

図２に示すように、ヘッドユニット１２は、液滴（例えば、インク滴）を吐出する液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」ともいう。）１８０−１〜１８０−１２を備えている。各液体吐出ヘッド１８０は、複数のノズルを有する。なお、「ヘッドユニット」とは、単にヘッド１８０−１〜１８０−１２の全体を総称するものであり、ユニットとして独立していることまで意味しない。

液体吐出ヘッド１８０−１〜１８０−１２は、例えば、ブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍａ）、イエロー（Ｙｅ）、クリアー（Ｃｌ）、ホワイト（Ｗｈ）の６色のインク滴を吐出する。図２の例では、各色ヘッドが２個ずつ繋がって構成されていることを示している。例えば、ブラック（Ｂｋ）のヘッド１８０−１，１８０−２、シアン（Ｃｙ）のヘッド１８０−３，１８０−４、マゼンタ（Ｍａ）のヘッド１８０−５，１８０−６、イエロー（Ｙｅ）のヘッド１８０−７，１８０−８、クリアー（Ｃｌ）のヘッド１８０−９，１８０−１０、ホワイト（Ｗｈ）のヘッド１８０−１１，１８０−１２で構成されている。以下では、液体吐出ヘッド１８０−１〜１８０−１２を区別する必要がない場合、単に「液体吐出ヘッド」または「ヘッド」と表記する。

また、各ヘッド１８０−１〜１８０−１２のノズル列は４列１組で６００ｄｐｉの解像度（＝１列あたり１５０ｄｐｉ）である。例えば、ブラックインクは、ヘッド１８０−１，１８０−２の各４列のノズル列から吐出される。これにより、キャリッジ１１の１スキャンでキャリッジ移動方向と交差する方向では２ヘッド分（４ノズル列）の印字幅を確保することができる。なお、その他の色についても同様である。

なお、色の数は６色に限定されるものではなく、例えば、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの４色であってもよいし、これ以外の数であってもよい。

次に、打ち順マスクについて図３及び図４を用いて説明する。図３は、打ち順マスクを説明するための図である。図４は、打ち順マスクを用いたドット形成パターンを示す図である。

打ち順マスクは、液体吐出ヘッド１８０の複数のノズルにおける液体を吐出する順番を規定する吐出順マスクである。３次元造形装置１００は、打ち順マスクを用いて、液体吐出ヘッド１８０から記録媒体１０上の画像形成領域に吐出する液滴（例えば、インク滴）の着弾順（置き順）をキャリッジ１１の走査方向に順に制御できる。

図３では、一例として、４パスで１つの層の画像形成を行う場合の説明を行う。例えば４ｘ４ピクセルの打ち順マスクＭＫを用いて、１５ｘ１５ピクセルの範囲の画像形成領域に液体吐出（印刷）を行うことを考える。図３（ａ）に示すような打ち順マスクＭＫは、液体吐出ヘッド１８０における複数のノズルの配列に対応した着弾順の配列を規定している。３次元造形装置１００は、図３（ａ）の着弾順の配列に基づき、図３（ｂ）に示す打ち順マスクデータＭＫＤ１を構成する。打ち順マスクデータＭＫＤ１では、打ち順マスクＭＫにおける着弾順の配列が２次元的に繰り返されている。３次元造形装置１００は、図３（ｂ）に示す順マスクデータＭＫＤ１の適用を液体吐出ヘッド１８０へ指示する。

１パス目の液体吐出動作（印刷動作）では、液体吐出ヘッド１８０は、図３（ｂ）の打ち順マスクデータＭＫＤ１における「１」の領域の指示に従い、図４（ａ）のドットパターンに示すように液体吐出（印刷）を行う。

２パス目の液体吐出動作（印刷動作）では、液体吐出ヘッド１８０は、図３（ｂ）の打ち順マスクデータＭＫＤ１における「２」の領域の指示に従い、図４（ｂ）のドットパターンに示すように液体吐出（印刷）を行う。

３パス目の液体吐出動作（印刷動作）では、液体吐出ヘッド１８０は、図３（ｂ）の打ち順マスクデータＭＫＤ１における「３」の領域の指示に従い、図４（ｃ）のドットパターンに示すように液体吐出（印刷）を行う。

４パス目の液体吐出動作（印刷動作）では、液体吐出ヘッド１８０は、図３（ｂ）の打ち順マスクデータＭＫＤ１における「４」の領域の指示に従い、図４（ｄ）のドットパターンに示すように液体吐出（印刷）を行う。

図４（ａ）〜図４（ｄ）に示す液体吐出により、記録媒体１０上に１層分の画像が形成される。なお、図４（ａ）〜図４（ｄ）では、図示及び説明の簡略化のために、画像形成領域に形成すべき画像がベタパターンである場合を例示している。

ここで、複数層の画像を積層した積層画像とする場合、この同一の打ち順マスクＭＫを積層する各層に対してそのまま用いると、図６（ａ）に示すように、記録媒体１０上の表面に吐出順による顕著な凹凸が発生することがある。図６（ａ）は、積層する各層に対して同一の打ち順マスクＭＫをそのまま用いて液体吐出を行った場合における記録媒体１０上の表面の凹凸を示す図である。図６（ａ）の横軸は、記録媒体１０上におけるＹ位置を示し、図６（ａ）の縦軸は、記録媒体１０上におけるＺ位置を示している。図６（ａ）に波線で囲って示すＹ位置において記録媒体１０上の表面の凹凸が比較的大きくなっている。これらが主走査方向（Ｘ方向）もしくは副走査方向（Ｙ方向）につながることで、記録媒体１０上に形成された造形物（画像）おいてスジ状の模様に見えることがあり、記録媒体１０上に形成される３次元造形物（積層画像）の品質が低下する可能性がある。

それに対して、３次元造形装置１００は、図５に示すように、層毎における打ち順マスクの適用の開始点を変更する。図５は、層毎における打ち順マスクの適用の開始点の変更を示す図である。

複数層の画像を積層した積層画像とする場合、３次元造形装置１００は、図５に示すように、打ち順マスクＭＫの読み出し方を層毎に変えることで、層毎における打ち順マスクの適用の開始点を変更することができる。

例えば、図５（ａ）、図５（ｂ）では、４ｘ３０ピクセルの範囲の画像形成領域に、複数層におけるｎ層目（ｎは積層画像の全層数より小さい任意の整数）の液体吐出動作（印刷動作）を行う。３次元造形装置１００は、図５（ｂ）に示す画像形成領域（４ｘ３０ピクセル）のドットパターンが単位領域ＵＲ（４ｘ１５ピクセル）のドットパターンの繰り返しで形成可能であると判断する。３次元造形装置１００は、図３（ａ）の着弾順の配列に基づき、図５（ａ）に示すように、単位領域ＵＲ（４ｘ１５ピクセル）に対応した打ち順マスクデータＭＫＤ２を構成する。３次元造形装置１００は、図５（ａ）に示す打ち順データＭＫＤ２をＸ方向へ２回繰り返し適用することを液体吐出ヘッド１８０へ指示する。

ｎ層目における２パス目の液体吐出動作（印刷動作）では、液体吐出ヘッド１８０は、図５（ａ）の打ち順マスクデータＭＫＤ２における「２」の領域の指示に従い、図５（ｂ）のドットパターンに示すように液体吐出（印刷）をＸ方向へ２回繰り返し行う。

図５（ｃ）、図５（ｄ）では、４ｘ１４ピクセルの範囲の画像形成領域に、複数層におけるｎ＋１層目の液体吐出動作（印刷動作）を行う。３次元造形装置１００は、ｎ層目の画像形成に使用した打ち順マスクデータＭＫＤ２をヘッダー側から１ピクセルを飛ばして読み込みを行い、図５（ｃ）に示す打ち順マスクデータＭＫＤ２’を構成する。打ち順マスクデータＭＫＤ２’は、打ち順マスクデータＭＫＤ２から先頭側の１ピクセルに対応した領域ＳＫが省略されたデータとなっており、等価的に、打ち順マスクＭＫの適用の開始点が変更されて構成されたデータとみなすことができる。３次元造形装置１００は、図５（ｃ）に示す打ち順マスクデータＭＫＤ２’の適用を液体吐出ヘッド１８０へ指示する。

ｎ＋１層目における２パス目の液体吐出動作（印刷動作）では、液体吐出ヘッド１８０は、図５（ｃ）の打ち順マスクデータＭＫＤ２’における「２」の領域の指示に従い、図５（ｄ）のドットパターンに示すように液体吐出（印刷）を行う。これにより、ｎ層目と異なる単位領域ＵＲ’のドットパターンが記録媒体１０上に形成される。

すなわち、ｎ層目用の打ち順マスクデータＭＫＤ２に対して読み飛ばしを行い、その読み飛ばしを行った打ち順マスクデータをｎ＋１層目の打ち順マスクデータＭＫＤ２’として使用する。これにより、ｎ層目とｎ＋１層目とでは、対応するピクセルに対して液体（例えば、インク）を打ち込む順番が異なり得るため、図６（ｂ）に示すように、記録媒体１０上における吐出順による凹凸を抑えることができる。図６（ｂ）は、積層する各層に対して同一の打ち順マスクＭＫを用いながらその適用の開始点を変更して液体吐出を行った場合における記録媒体１０上の表面の凹凸を示す図である。図６（ｂ）の横軸は、記録媒体１０上におけるＹ位置を示し、図６（ｂ）の縦軸は、記録媒体１０上におけるＺ位置を示している。図６（ｂ）のグラフは、図６（ａ）のグラフと比較すると、記録媒体１０上における凹凸や表面粗さが大きく改善していることが分かる。すなわち、積層する各層に対して同一の打ち順マスクＭＫを用いながらその適用の開始点を変更ことにより、３次元造形物（積層画像）の品質向上が実現できる。

なお、打ち順マスクデータをＸ方向に繰り返し適用して液体吐出を行う場合、ｎ＋１層目の液体吐出動作（印刷動作）では、図５（ｅ）に示すように、最初の１回に読み飛ばしを行った打ち順マスクデータＭＫＤ２’を用いて２回目以降に読み飛ばしを行っていないも打ち順マスクデータＭＫＤ２を用いて良い。これにより、単位領域ＵＲ’のドットパターンに続けて、単位領域ＵＲのドットパターンが記録媒体１０上に形成され得る。あるいは、図５（ｆ）に示すように、読み飛ばしを行った打ち順マスクデータＭＫＤ２’を繰り返し用いてもよい。単位領域ＵＲ’のドットパターンが繰り返し記録媒体１０上に形成され得る。

また、読み飛ばす開始位置はヘッダー側からでも良いし、フッター側からでもよい。更に、読み込み開始位置を偶数や奇数番からはじめて、読み込み順序を入れ替えてもよい。

更に、本実施形態では、横方向（Ｘ方向）への入れ替えについて述べたが、縦方向（Ｙ方向）に対して同様の発明を用いても良いし、打ち順ルールが崩壊しない範囲で縦横の両方へ用いても良い。

また、読み飛ばす数は１以上からマスクの幅を超えない範囲であれば自由に選択されてよい。その数は事前に定められていても良いし、液体吐出を行う層（例えば、印刷層）のたびに乱数で定めてもよい。

次に、３次元造形装置１００の構成について図７を用いて説明する。図７は、３次元造形装置１００の構成を示すブロック図であり、概略的には、３次元造形装置１００のハードウェア構成を示すとともに、制御装置１０１内については、その機能構成を示している。

図７に示すように、３次元造形装置１００は、制御装置１０１、表示部１１０、画像データ入力部１２０、打ち順マスク入力部１２５、画像データ入力部１２０、副走査方向制御部１３０、主走査方向制御部１４０、エンコーダー１４５、高さ方向制御部１４６、光源制御回路１５０、光源１６０、ヘッド駆動回路１７０、液体吐出ヘッド１８０、及びメモリ１９０を有する。液体吐出ヘッド１８０は、図２に示す液体吐出ヘッド１８０−１〜１８０−１２のそれぞれに対応している。

制御装置１０１は、ステージ制御部１０２、キャリッジ制御部１０３、光照射装置制御部１０５、画像処理部１０７、吐出演算部１０８、及び吐出制御部１０９を含む。制御装置１０１は、表示部１１０の表示制御を行う。キャリッジ制御部１０３は、主走査方向制御部１４０に対して主走査方向（Ｘ方向）の移動についての制御を指示する。これに応じて、主走査方向制御部１４０は、キャリッジ１１を主走査方向に移動させるモータを駆動制御する。主走査方向制御部１４０は、走査位置を検出するためのエンコーダー１４１のエンコーダー出力に基づいてキャリッジ３の主走査方向の位置を制御する。ステージ制御部１０２は、副走査方向制御部１３０に対して副走査方向（Ｙ方向）の移動についての制御を指示する。これに応じて、副走査方向制御部１３０は、搬送ステージ１５を副走査方向に移動させるモータを駆動制御する。副走査方向の移動量は、液体吐出ヘッド１８０の副走査方向のノズル数に応じて適宜設定される。キャリッジ制御部１０３は、高さ方向制御部１４６に対して高さ方向（Ｚ方向）の移動についての制御を指示する。これに応じて、高さ方向制御部１４６は、キャリッジ１１を高さ方向に移動させるモータを駆動制御する。光照射装置制御部１０５は、照射ユニット１３Ａ，１３Ｂの光源１６０（図１参照）を制御する光源制御回路１５０に対してキャリッジ３の位置およびステージ９の位置に応じて光源１６０の照射出力を制御する。

画像処理部１０７は、画像データ入出力部１２０を介して画像データを受け、受けた画像データが積層画像データであるか否かを判断する。画像処理部１０７は、受けた画像データが積層画像データである場合、積層画像データを複数の層のデータに分割し、各層のデータを吐出演算部１０８へ供給する。

吐出演算部１０８は、打ち順マスク入力部１２５を介して打ち順マスク（例えば、図３（ａ）に示す打ち順マスクＭＫ）を受け、記録媒体１０上の画像形成領域に対応した打ち順マスクデータを構成する。吐出演算部１０８は、各層のデータを受けると、処理対象の層のデータに打ち順マスクデータを適用して、マルチパスのパスごとに、液体吐出ヘッド１８０からの液体（例えば、インク）を吐出するノズルを選択する。このとき、吐出演算部１０８は、複数の層における異なる層に対する打ち順マスクデータを構成する際に、打ち順マスクを適用する開始点を変更する。これにより、１つの打ち順マスクを用いながら層毎に異なる打ち順マスクデータを構成できる。また、吐出演算部１０８は、当該ノズルからの液体（例えば、インク）の吐出量を求める。吐出演算部１０８は、ヘッド駆動回路１７０に対し、吐出制御部１０９を介して吐出するノズルと、そのノズルからの吐出量を指示する。

すなわち、制御装置１０１は、予めもしくは内部処理によって生成された打ち順マスクデータに基づき吐出を制御する機構を備え、吐出制御部１０９にて複数層の液体吐出（例えば、印刷）を行う際に用いる打ち順マスクデータを切り替える。また、吐出演算部１０８において、マスクの読み出し開始位置の決定を行い、本実施形態の動作が実現できる。

これらの制御において、制御装置１０１は制御に必要な情報をメモリ１９０から取得する。

なお、制御装置１０１は、ハードウェア的に、図８に示すように構成され得る。図８は、制御装置１０１のハードウェア構成を示す図である。制御装置１０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１ａ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１０１ｂ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０１ｃ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）１０１ｄの各モジュールを含む。ＣＰＵ１０１ａはＲＯＭ１０１ｂに格納されたプログラムの手順に従ってデータを処理する。ＲＡＭ１０１ｃはＣＰＵ１０１ａが処理するときのワークメモリおよびバッファ等に使われる。ＨＤＤ１０１ｄは、大容量のデータを読み書き可能に保持する大容量記憶媒体である。なお、これらＣＰＵ１０１ａ、ＲＯＭ１０１ｂ、ＲＡＭ１０１ｃおよびＨＤＤ１０１ｄなどによってコンピュータが構成される。

例えば、ＣＰＵ１０１ａは、上記の制御を含む３次元造形プログラム１０１ｂ１をＲＯＭ１０１ｂから読み出し、３次元造形プログラム１０１ｂ１に従った各機能モジュールを、コンパイル時に一括して又は処理の進行に応じて逐次的にＲＡＭ１０１ｃ上に展開することができる。これにより、図７に示すような各構成１０２〜１０９が制御装置１０１内に機能的に実現され得る。

次に、３次元造形装置１００の動作例について図９を用いて説明する。図９は、３次元造形装置１００の動作例を示すフローチャートである。図９では、打ち順マスクの適用の開始点の変更を打ち順マスクデータの１回目の読み込み時に行い２回目以降の読み込み時に行わない場合（図５（ｄ）、図５（ｅ）の場合）について例示している。

３次元造形装置１００は、３次元造形（例えば、積層印刷）を開始すると（Ｓ１）、画像データ（例えば、印刷画像データ）を読み込む（Ｓ２）。画像データが積層画像データである場合、３次元造形装置１００は、各層毎の画像データを読み込んでもよい。３次元造形装置１００は、予めもしくは内部処理によって打ち順マスクに基づいて構成された打ち順マスクデータを読み込む（Ｓ３）。３次元造形装置１００は、現在の処理が２層目以降の液体吐出であるか否かを判断する（Ｓ４）。３次元造形装置１００は、積層回数に応じた処理変更のためのＳ４で処理を分岐させる。３次元造形装置１００は、現在の処理が２層目以降の液体吐出である場合（Ｓ４でＹｅｓ）、読み込み開始位置を変更して打ち順マスクデータを読み込み、１層目と異なる打ち順マスクデータを取得する（Ｓ５）。すなわち、３次元造形装置１００は、１層目の打ち順マスクデータに対して読み飛ばしを行い、その読み飛ばされて構成された打ち順マスクデータを２層目以降の打ち順マスクデータとしてもよい。３次元造形装置１００は、打ち順マスクデータを主走査方向へ適用して制御データを生成し（Ｓ６）、主走査方向への適用が終わるまで（Ｓ７でＮｏ）、Ｓ３の打ち順マスクデータもしくは変更した打ち順マスクデータを読み込んで（Ｓ８）、それを適用して制御データを生成し（Ｓ６）、主走査方向への適用が終わると（Ｓ７でＹｅｓ）、制御データに従って、液体吐出ヘッド１８０を主走査方向に走査させながら液体吐出動作（例えば、描画動作）を行う（Ｓ９）。液体吐出動作（Ｓ９）が終わると、３次元造形装置１００は、記録媒体１０上の画像形成領域について、副走査方向に液体吐出が終了しているか否か（例えば、処理対象の層の画像形成が終了しているか否か）を判断する（Ｓ１０）。３次元造形装置１００は、副走査方向に液体吐出が終了していなければ（Ｓ１０でＮｏ）、記録媒体１０を副走査方向に走査させる改行動作（Ｓ１１）を行って処理をＳ６へ戻し、副走査方向に液体吐出が終了していれば（Ｓ１０でＹｅｓ）、３次元造形が終了しているか否か（例えば、積層印刷すべき複数の層における全ての層の印刷が終了しているか否か）を判断する（Ｓ１２）。３次元造形装置１００は、３次元造形が終了していなければ（Ｓ１２でＮｏ）、処理をＳ２へ戻して次の層についての処理を行い、３次元造形が終了していれば（Ｓ１２でＹｅｓ）、処理を終了する。

また、３次元造形装置１００の他の動作例について図１０を用いて説明する。図１０は、３次元造形装置１００の他の動作例を示すフローチャートである。図１０では、打ち順マスクの適用の開始点の変更を各層の形成が終了するまで繰り返し行う場合（図５（ｆ）の場合）について例示している。

図１０に示す動作例では、図９に示す動作例におけるＳ８が省略されている。すなわち、３次元造形装置１００は、打ち順マスクデータを主走査方向へ適用して制御データを生成し（Ｓ６）、主走査方向への適用が終わるまで（Ｓ７でＮｏ）、直前にＳ６で適用したものと同じ打ち順マスクデータを再度読み込んで、それを適用して制御データを生成し（Ｓ６）、主走査方向への適用が終わると（Ｓ７でＹｅｓ）、制御データに従って、液体吐出ヘッド１８０を主走査方向に走査させながら液体吐出動作（例えば、描画動作）を行う（Ｓ９）。これにより、打ち順マスクの適用の開始点の変更を各層の形成が終了するまで繰り返し行うことができる。

以上のように、実施形態では、３次元造形装置１００において、ノズルの吐出順番を規定する１つの吐出順マスク（打ち順マスク）を用意し、複数の層における異なる層を記録媒体上に形成する際にその吐出順マスクの適用の開始点を変更する。これにより、１つの吐出順マスクを用いながら複数の層における各層のノズルの吐出順番を異ならせることができる。これにより、装置構成を複雑化させることなく、記録媒体１０上に形成する３次元造形物の凹凸を低減できる。すなわち、簡易な制御及び構成により、記録媒体１０上に形成する３次元造形物の品質を向上できる。

なお、「液体吐出ヘッド」とは、ノズルから液体を吐出・噴射する機能部品であれば、インクジェット記録装置用の記録ヘッド以外のヘッドであってもよい。吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。

また、本明細書における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。

また、「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに他の機能部品、機構が一体化したものであり、液体を吐出する機能に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

例えば、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。

「液体吐出装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

この「液体吐出装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体吐出装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

また、「液体吐出装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体」は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

また、「液体吐出装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

また、「液体吐出装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

１３Ａ，１３Ｂ 照射ユニット
１００ ３次元造形装置
１０１ 制御装置
１２５ 打ち順マスク入力部
１８０，１８０−１〜１８０−１２ 液体吐出ヘッド

特開２０１５−１６８０６７号公報

Claims (5)

1. それぞれが液体を吐出する複数のノズルを有する液体吐出ヘッドと、
   前記液体を硬化させる硬化部と、
   前記複数のノズルにおける前記液体を吐出する順番を規定する吐出順マスクを取得する取得部と、
   前記液体吐出ヘッドによる液体の吐出と吐出された液体の前記硬化部による硬化とを繰り返して複数の層を３次元造形物として記録媒体上に形成する際に、前記複数の層における異なる層について前記吐出順マスクを適用する開始点を変更する制御部と、
   を備えた３次元造形装置。
2. 前記制御部は、前記開始点の変更を、前記複数の層のデータの１回目の読み込み時に行い、前記複数の層のデータの２回目以降の読み込み時に行わない
   請求項１に記載の３次元造形装置。
3. 前記制御部は、前記開始点の変更を、前記複数の層における各層の形成が終了するまで行う
   請求項１に記載の３次元造形装置。
4. それぞれが液体を吐出する複数のノズルを有する液体吐出ヘッドについて、前記複数のノズルにおける前記液体を吐出する順番を規定する吐出順マスクを取得する取得ステップと
   前記液体吐出ヘッドによる液体の吐出と吐出された液体の硬化部による硬化とを繰り返して複数の層を３次元造形物として記録媒体上に形成する際に、前記複数の層における異なる層について前記吐出順マスクを適用する開始点を変更する変更ステップと、
   を備えた３次元造形方法。
5. コンピュータに、
   それぞれが液体を吐出する複数のノズルを有する液体吐出ヘッドについて、前記複数のノズルにおける前記液体を吐出する順番を規定する吐出順マスクを取得する取得ステップと
   前記液体吐出ヘッドによる液体の吐出と吐出された液体の硬化部による硬化とを繰り返して複数の層を３次元造形物として記録媒体上に形成する際に、前記複数の層における異なる層について前記吐出順マスクを適用する開始点を変更する変更ステップと、
   を実行させる３次元造形プログラム。

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