WO2018147186A1 - 三次元造形体、三次元造形体の造形方法、三次元造形体の情報読み取り方法、立体物造形装置、および三次元造形体の情報読み取り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元造形体の識別や検査を、簡便、かつ、精度よく行うことができる技術を提供する。 【解決手段】三次元造形体１０の情報読み取り装置２００は、三次元造形体におけるマーク部１２が表す情報を取得する。照射部２１０は、近赤外蛍光色素を励起させる近赤外励起光３１を出射する光源２１１を備え、マーク部１２に向けて光源から出射された近赤外励起光を照射する。光学フィルター２２０は、近赤外励起光を遮断するとともに近赤外蛍光色素が発する近赤外蛍光３２を透過させる。受光部２３０は、光学フィルターを透過した近赤外蛍光を受光する。第２制御部２４０は、照射部および受光部の作動を制御する。そして、第２制御部は、受光部によって受光したデータに基づいて、マーク部１２が表す情報を取得する。

Description

三次元造形体、三次元造形体の造形方法、三次元造形体の情報読み取り方法、立体物造形装置、および三次元造形体の情報読み取り装置

　本発明は、三次元造形体、三次元造形体の造形方法、三次元造形体の情報読み取り方法、立体物造形装置、および三次元造形体の情報読み取り装置に関する。

　立体物造形装置として、三次元ＣＡＤデータを層分割し、分割した層ごとに造形材料を積層して三次元造形体を造形する３Ｄプリンターが知られている。３Ｄプリンターは、金型を使わずに複雑な形状を容易に製造できることから、近年、新たなものづくり手法として注目されている。

　３Ｄプリンターは、設計図さえあれば複雑な形状の立体物を誰でも作ることが可能であるというメリットがある。その一方、三次元造形体の偽造を防止する対策が遅れており、三次元造形体の識別や検査を簡便な方法で実現することが要請されている。

　従来の技術において、３Ｄプリンターを用いて三次元造形体を造形するときに、造形材料に硫酸バリウムなどのＸ線不透過材を含有させる技術が提案されている（特許文献１を参照。）。この技術によれば、三次元造形体にＸ線を照射することによって、形状を外側から識別することが可能である。

　また、３Ｄプリンターを用いて造形した三次元造形体の違法コピーを防止するために、不可視領域の波長光に対する反射率が母体を造形する材料と異なる材料を使用する技術が提案されている（特許文献２を参照。）。たとえば、赤外線に対する反射率が異なる材料を使用することが記載されている。

特開２０１６－２０４０１ 特開２０１５－７７７７５

　しかしながら、特許文献１の技術にあっては、Ｘ線照射装置が必要となるため、三次元造形体の識別や検査を簡便に行うことが難しい。

　特許文献２の技術にあっては、三次元造形体の識別や検査を反射率の違いに基づいて行っている。しかしながら、光の反射率は、不可視領域の波長光を照射する角度などのセッティング、三次元造形体の表面性状（たとえば、表面粗さ）、透明なラッピング材の有無、表面に生じた傷の有無などによって、大きく変化する。したがって、三次元造形体の識別や検査を正確に行うことは事実上困難である。

　本発明は、三次元造形体の識別や検査を簡便な方法によって実現することが要請されている点に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、三次元造形体の識別や検査を、簡便、かつ、精度よく実現するのに寄与し得る、三次元造形体、三次元造形体の造形方法、および立体物造形装置を提供し、さらに、三次元造形体の識別や検査を、簡便、かつ、精度よく行うことができる三次元造形体の情報読み取り方法、および三次元造形体の情報読み取り装置を提供することにある。

　本発明に係る三次元造形体は、造形材料を積層することによって造形された本体部と、近赤外励起光が照射されることによって近赤外蛍光を発する近赤外蛍光色素を含有するマーク部用造形材料を積層することによって造形され、情報を表すためのマーク部と、を有する。

　本発明に係る三次元造形体の造形方法は、造形材料を順次積層して三次元造形体を造形するときに、近赤外蛍光色素を含有するマーク部用造形材料を積層し、近赤外励起光が照射されることによって前記近赤外蛍光色素が近赤外蛍光を発して情報を表すためのマーク部を造形する。

　本発明に係る三次元造形体の情報読み取り方法は、造形材料を順次積層して造形された三次元造形体に記録された情報を読み取る情報読み取り方法であって、近赤外蛍光色素を含有するマーク部用造形材料から造形されたマーク部に向けて、近赤外励起光を照射する。これによって前記マーク部の前記近赤外蛍光色素から近赤外蛍光を発光させる。そして、前記近赤外蛍光の発光に基づいて前記マーク部に記録された情報を読み取る。

　本発明に係る立体物造形装置は、第１供給部と、第２供給部と、データ取得部と、造形部と、制御部と、を有する。第１供給部は、三次元造形体の本体部を造形する本体部用造形材料を供給する。第２供給部は、近赤外励起光が照射されることによって近赤外蛍光を発する近赤外蛍光色素を含有し、前記三次元造形体に付加する情報を表すためのマーク部を造形するマーク部用造形材料を供給する。データ取得部は、前記本体部および前記マーク部の形状データを取得する。造形部は、前記本体部用造形材料および前記マーク部用造形材料を積層する。制御部は、前記データ取得部および前記造形部の作動を制御する。そして、前記制御部は、前記データ取得部の前記形状データに基づいて前記造形部の作動を制御し、前記本体部用造形材料を積層させることによって前記本体部を造形させ、さらに前記マーク部用造形材料を積層させることによって前記マーク部を造形させる。

　本発明に係る三次元造形体の情報読み取り装置は、上記の三次元造形体におけるマーク部が表す情報を取得する装置であって、照射部と、光学フィルターと、受光部と、制御部と、を有する。照射部は、前記近赤外蛍光色素を励起させる前記近赤外励起光を出射する光源を備え、前記マーク部に向けて前記光源から出射された前記近赤外励起光を照射する。光学フィルターは、前記近赤外励起光を遮断するとともに前記近赤外蛍光色素が発する前記近赤外蛍光を透過させる。受光部は、前記光学フィルターを透過した前記近赤外蛍光を受光する。制御部は、前記照射部および前記受光部の作動を制御する。そして、前記制御部は、前記受光部によって受光したデータに基づいて、前記マーク部が表す情報を取得する。

　本発明に係る三次元造形体によれば、近赤外蛍光色素を含有するマーク部用造形材料から造形されたマーク部を有している。この三次元造形体に対して三次元造形体の情報読み取り技術を適用することによって、マーク部が表す情報を取得することができる。したがって、三次元造形体の識別や検査を、簡便、かつ、精度よく実現するのに寄与することが可能となる。

　本発明に係る三次元造形体の造形方法および立体物造形装置によれば、近赤外蛍光色素を含有するマーク部用造形材料から造形されたマーク部を有する三次元造形体を造形できる。この三次元造形体に対して三次元造形体の情報読み取り技術を適用することによって、マーク部が表す情報を取得することができる。したがって、三次元造形体の識別や検査を、簡便、かつ、精度よく実現するのに寄与することが可能となる。

　本発明に係る三次元造形体の情報読み取り方法および三次元造形体の情報読み取り装置によれば、近赤外蛍光色素を含有するマーク部用造形材料から造形されたマーク部を有する三次元造形体に対して、近赤外蛍光色素を励起させる近赤外励起光を照射する。そして、マーク部における近赤外蛍光色素が発する近赤外蛍光から、マーク部が表す情報を取得することができる。したがって、三次元造形体の識別や検査を、簡便、かつ、精度よく行うことができる。

立体物造形装置を示す概略構成図である。 図２（Ａ）は、マーク部が本体部の表層の一部に露出している様子を示す断面図、図２（Ｂ）は、マーク部が本体部の内部に造形されている様子を示す断面図である。 三次元造形体の情報読み取り装置を示す概略構成図である。

　以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の記載は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

　図１は、立体物造形装置１００を示す概略構成図である。図２（Ａ）は、マーク部１２が本体部１１の表層１１ａの一部に露出している様子を示す断面図、図２（Ｂ）は、マーク部１２が本体部１１の内部に造形されている様子を示す断面図である。

　図１を参照して、立体物造形装置１００は、三次元造形体の造形方法を具現化したものである。三次元造形体の造形方法は、本体部用造形材料２１を順次積層して三次元造形体１０を造形するときに、近赤外蛍光色素を含有するマーク部用造形材料２２を積層し、近赤外励起光３１が照射されることによって近赤外蛍光色素が近赤外蛍光３２を発して情報を表すためのマーク部１２を造形する。

　立体物造形装置１００は、概説すると、第１供給部１１０と、第２供給部１２０と、データ取得部１３０と、造形部１４０と、制御部１５０と、を有する。説明の便宜上、立体物造形装置１００の制御部１５０を、以下、「第１制御部１５０」という。第１供給部１１０は、三次元造形体１０の本体部１１を造形する本体部用造形材料２１を供給する。第２供給部１２０は、近赤外励起光３１が照射されることによって近赤外蛍光３２を発する近赤外蛍光色素を含有し、三次元造形体１０に付加する情報を表すためのマーク部１２を造形するマーク部用造形材料２２を供給する。データ取得部１３０は、本体部１１およびマーク部１２の形状データ１３１を取得する。造形部１４０は、本体部用造形材料２１およびマーク部用造形材料２２を積層する。第１制御部１５０は、データ取得部１３０および造形部１４０の作動を制御する。そして、第１制御部１５０は、データ取得部１３０の形状データ１３１に基づいて造形部１４０の作動を制御し、本体部用造形材料２１を積層させることによって本体部１１を造形させ、さらにマーク部用造形材料２２を積層させることによってマーク部１２を造形させる。以下、詳述する。

　立体物造形装置１００は、熱溶解積層法（ＦＤＭ：Ｆｕｓｅｄ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｍｏｌｄｉｎｇ）、光造形法（ＳＴＬ：Ｓｔｅｒｅｏ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、粉末焼結法（ＳＬＳ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｌａｓｅｒ　Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）、インクジェット法、インクジェット粉末積層法などを用いて立体物を造形する装置である。本実施形態では、熱溶解積層法（ＦＤＭ）による立体物造形装置１００を例に挙げて説明する。熱溶解積層法（ＦＤＭ）は、熱可塑性樹脂をベース材とする造形材料を使用する。造形材料を高温で溶かし、ヘッドを一筆書きのように動かしながら、溶融した造形材料をノズルから押し出し、積み上げて立体物を造形する。

　第１供給部１１０は、線状体に成形された本体部用造形材料２１を巻きつけたボビンを有する。本体部用造形材料２１は、ボビンから順次繰り出され、造形部１４０に送られる。

　本体部用造形材料２１は、熱溶解積層法（ＦＤＭ）にあっては、ベース材として、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）などの樹脂が用いられる。

　第２供給部１２０は、線状体に成形されたマーク部用造形材料２２を巻きつけたボビンを有する。マーク部用造形材料２２は、ボビンから順次繰り出され、造形部１４０に送られる。

　マーク部用造形材料２２は、ベース材として上述した樹脂が用いられ、このベース材に近赤外蛍光色素が含有されている。この際、本体部用造形材料２１のベース材と、マーク部用造形材料２２のベース材とは、同じものを使用してもよいし、異なるものを使用してもよいが、三次元造形体１０の強度の観点から同じものを使用することが好ましい。マーク部用造形材料２２に適用する近赤外蛍光色素は、耐熱性が高く（分解温度が２５０℃以上）、かつ、樹脂に溶融混練可能であることが要求される。この条件を満たす限りにおいて、近赤外蛍光色素として、近赤外励起光３１が照射されることによって近赤外蛍光３２を発する適宜の材料を用いることができる。励起波長は、近赤外蛍光色素を発光させるのに適した波長域であり、かつ、近赤外光の波長領域であることが好ましく、６００ｎｍ～１４００ｎｍの波長域のものを使用することができる。

　具体的には、近赤外蛍光色素は、ポリメチン系色素、アントラキノン系色素、ジチオール金属塩系色素、シアニン系色素、フタロシアニン系色素、インドフエノール系色素、シアミン系色素、スチリル系色素、アルミニウム系色素、ジイモニウム系色素、アゾ系色素、ボロンジピロメテン（ＢＯＤＩＰＹ）系色素、ジケトピロロピロール（ＤＰＰ）系色素が挙げられる。より詳細には、本件出願人による国際公開第２０１５／０５６７７９号、特開２０１５－２５１０５号公報の他、国際公開第２００７／１２６０５２号、特開２０１１－１６２４４５公報に開示される色素を用いることができる。例えば、国際公開第２０１５／０５６７７９号に記載の近赤外蛍光色素としては、耐熱性と発光量子収率に優れ、かつ近赤外蛍光を発するＢＯＤＩＰＹ色素又はＤＰＰ系ホウ素錯体を用いている。このため、有機近赤外蛍光色素を樹脂成分と共重合反応させることなく、発光強度の強い近赤外蛍光樹脂組成物を得ることができる。

　色素を含有した樹脂をフィルム化し、得られたフィルムの光吸収特性および発光特性の一例を挙げる。

　得られたフィルムの吸収スペクトルをＳＨＩＭＡＤＺＵ社製の紫外可視近赤外分光光度計「ＵＶ３６００」で測定し、発光スペクトルを浜松ホトニクス社製の絶対ＰＬ量子収率測定装置「Ｑｕａｎｔａｕｒｕｓ－ＱＹ　Ｃ１１３４７」で測定したところ、極大吸収波長が７３０ｎｍ、極大蛍光波長が７５５ｎｍであり、その他に８２３ｎｍに蛍光ピークが観測された（上記国際公開第２０１５／０５６７７９号の段落「０２１４」の［実施例１］の記載を参照）。

　他の色素を適用し、色素含有フィルムの吸収スペクトル、蛍光スペクトルを同様にして測定したところ、吸収スペクトルのピーク波長が７３９ｎｍであり、蛍光スペクトルのピーク波長が７５８ｎｍ、８３３ｎｍであった（上記国際公開第２０１５／０５６７７９号の段落「０２４８」の［実施例４］の記載を参照）。

　なお、特許文献１に記載の硫酸バリウムなどのＸ線不透過材を含有させる場合と比べて、近赤外蛍光色素を含有させても、三次元造形体１０の機械的強度の低下が生じにくくなる。

　マーク部用造形材料２２における近赤外蛍光色素の含有率は、通常、１～１０００ｐｐｍ、好ましくは５～５００ｐｐｍ程度である。

　含有率が非常に小さいことから、造形材料として使用する場合、粘度などが本体部用造形材料２１の粘度などと大差がない。このため、造形部１４０が本体部用造形材料２１およびマーク部用造形材料２２を積層するときに、吐出圧力や吐出速度を変える必要がなく、造形作業が複雑にならない。したがって、マーク部１２が近赤外蛍光色素を含有していても、三次元造形体１０を容易に製造することができる。また、三次元造形体１０は、優れた機械的強度を有する。

　マーク部１２は、三次元造形体１０に付加する情報を表す。情報の種類は、特に限定されるものではなく、偽造を判別するための情報、三次元造形体１０に関する著作権情報、形状データ１３１の出所・製造者・販売者に関する情報、製造日時に関する情報などを挙げることができる。これらの情報によって、三次元造形体１０が流通する経路において追跡可能性（トレーサビリティ）を得る。

　マーク部１２の具体的な造形形状は、特に限定されるものではない。造形形状は、たとえば、画像、記号、英文字や数文字からなる列、バーコード、ＱＲコード（登録商標）などである。

　これらのうち、マーク部１２は、近赤外励起光３１が照射されることによって、情報が記録される情報パターンに一致したパターンに近赤外蛍光色素が発光するものであることが好ましい。情報パターンは、バーコードやＱＲコード（登録商標）などである。これらの情報パターンは、多くの情報を表すことができる点において好ましい。

　データ取得部１３０は、本体部１１およびマーク部１２の形状データ１３１、つまり３Ｄデータ（ＣＡＤデータやデザインデータなど）をコンピュータ装置などから取得し、第１制御部１５０に転送する。形状データ１３１には、本体部１１およびマーク部１２の形状そのものを表すデータのほか、本体部用造形材料２１およびマーク部用造形材料２２の吐出タイミングや吐出量に関するデータなど、造形を実現するのに必要なすべてのデータが含まれているものとする。

　３Ｄデータを取得する方法は特に限定されない。有線通信や無線通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの短距離無線通信を利用して取得してもよい。ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）メモリなどの記録媒体を利用して取得してもよい。３Ｄデータは、造形の対象となる物品を設計するコンピュータから直接取得してもよいし、３Ｄデータを管理／保存するサーバなどから取得してもよい。

　造形部１４０は、本体部用造形材料２１およびマーク部用造形材料２２を積層する。具体的には、本体部用造形材料２１およびマーク部用造形材料２２を溶融する加熱部１４１と、溶融された造形材料をノズルから吐出するポンプ部１４２と、ノズルが取り付けられ三次元方向に移動自在なヘッド部１４３と、ヘッド部１４３を移動する駆動部１４４と、を有する。

　第１制御部１５０は、ＣＰＵやメモリを主体に構成されている。第１制御部１５０は、データ取得部１３０が取得した３Ｄデータが入力され、入力された３Ｄデータに基づいて、本体部１１およびマーク部１２を造形するための１層毎のデータを再構築する。第１制御部１５０は、１層毎のデータに基づいて造形部１４０の作動を制御する。たとえば、第１制御部１５０は、造形部１４０の駆動部１４４に、所定の場所にヘッド部１４３を移動させるための制御信号を出力し、造形部１４０のポンプ部１４２に、所定の場所に溶融造形材料を吐出させるための制御信号を出力する。第１制御部１５０は、このように造形部１４０の作動を制御し、本体部用造形材料２１を積層させることによって本体部１１を造形させ、さらにマーク部用造形材料２２を積層させることによってマーク部１２を造形させる。

　第１制御部１５０は、上記のように形状データ１３１に基づいて造形部１４０の作動を制御することによって、図２（Ａ）に示すように、マーク部１２を、本体部１１の表層１１ａの少なくとも一部に露出させることができる。

　また、第１制御部１５０は、上記のように形状データ１３１に基づいて造形部１４０の作動を制御することによって、図２（Ｂ）に示すように、マーク部１２を、本体部１１の内部に造形させることができる。この場合においては、本体部用造形材料２１は、近赤外励起光３１および近赤外蛍光色素が発した近赤外蛍光３２を透過する材料から形成する。

　図１に模式的に示されるように、上述した立体物造形装置１００によって造形された三次元造形体１０は、本体部用造形材料２１を積層することによって造形された本体部１１と、近赤外蛍光色素を含有するマーク部用造形材料２２を積層することによって造形され、情報を表すためのマーク部１２と、を有している。

　マーク部１２は、本体部１１の表層１１ａの少なくとも一部に露出している形態（図２（Ａ））、または本体部１１の内部に造形されている形態（図２（Ｂ））に造形されている。後者の場合、本体部用造形材料２１は、近赤外励起光３１および近赤外蛍光色素が発した近赤外蛍光３２を透過する材料から形成されている。

　図２（Ａ）に示したように、マーク部１２を本体部１１の表層１１ａに露出させる形態は、本体部１１の色が黒色の場合、あるいは本体部用造形材料２１が近赤外励起光３１および近赤外蛍光３２を透過しない材質の場合などに適用することが好ましい。また、比較的強い蛍光強度が必要な場合に適用することが好ましい。近赤外蛍光色素は、近赤外励起光３１が照射されることによって近赤外蛍光３２を発するため、可視光の波長域では、三次元造形体１０に付加されたマーク部１２を視認することはできない。このため、マーク部１２を付加しても、通常使用時において、三次元造形体１０の意匠性や外観品質を低下させることはない。

　図２（Ｂ）に示したように、マーク部１２を本体部１１の内部に造形する形態は、マーク部１２の存在を一層秘匿できる。このため、偽造防止等のために用いる情報を表すために好適に用いることができる。近赤外励起光３１および近赤外蛍光３２は、２０～３０ｍｍ厚さの本体部用造形材料２１を透過する。したがって、本体部１１の表層１１ａから２０～３０ｍｍの深さ位置に、マーク部１２を造形することができる。

　本体部用造形材料２１やマーク部用造形材料２２のベース材、および近赤外蛍光色素は、熱溶解積層法（ＦＤＭ）に適用する場合について説明したが、他の積層方式を採用する場合には、その方式に合致するように改変する。光造形法（ＳＴＬ）を適用する場合には、ベース材料として液体樹脂（光硬化性樹脂）などの樹脂を用いる。粉末焼結法（ＳＬＳ）を適用する場合には、ベース材料として、ポリアミド（ＰＡ）やポリプロピレン（ＰＰ）などの樹脂を用いる。金属系の粉末材料を用いる場合であっても、表層１１ａに近赤外蛍光色素を含有させたマーク部１２を形成することができる。インクジェット法を適用する場合には、ベース材料として、アクリル系、ＡＢＳライク等の光硬化性樹脂などの樹脂を用いる。インクジェット粉末積層法を適用する場合には、ベース材料として、ポリアミド（ＰＡ）やポリプロピレン（ＰＰ）などの樹脂のパウダーを用いる。

　次に、三次元造形体１０の識別や検査を実施する際に、三次元造形体１０に対して適用される三次元造形体１０の情報読み取り装置２００について説明する。

　図３は、三次元造形体１０の情報読み取り装置２００を示す概略構成図である。

　図３を参照して、三次元造形体１０の情報読み取り装置２００は、三次元造形体の情報読み取り方法を具現化したものである。三次元造形体の情報読み取り方法は、造形材料を順次積層して造形された三次元造形体１０に記録された情報を読み取る方法であって、近赤外蛍光色素を含有するマーク部用造形材料２２から造形されたマーク部１２に向けて、近赤外励起光３１を照射し、マーク部１２の近赤外蛍光色素から近赤外蛍光３２を発光させる。そして、近赤外蛍光３２の発光に基づいてマーク部１２に記録された情報を読み取る。

　三次元造形体１０の情報読み取り装置２００は、概説すると、上記の三次元造形体１０におけるマーク部１２が表す情報を取得するものであり、照射部２１０と、光学フィルター２２０と、受光部２３０と、制御部２４０と、を有する。説明の便宜上、情報読み取り装置２００の制御部２４０を、以下、「第２制御部２４０」という。照射部２１０は、近赤外蛍光色素を励起させる近赤外励起光３１を出射する光源２１１を備え、マーク部１２に向けて光源２１１から出射された近赤外励起光３１を照射する。光学フィルター２２０は、近赤外励起光３１を遮断するとともに近赤外蛍光色素が発する近赤外蛍光３２を透過させる。受光部２３０は、光学フィルター２２０を透過した近赤外蛍光３２を受光する。第２制御部２４０は、照射部２１０および受光部２３０の作動を制御する。そして、第２制御部２４０は、受光部２３０によって受光したデータに基づいて、マーク部１２が表す情報を取得する。図示する実施形態では、受光部２３０は、近赤外蛍光３２を受光するカメラ２３０（撮像部に相当する）から構成されており、第２制御部２４０は、カメラ２３０によって撮影したマーク部１２の画像データに基づいて、マーク部１２が表す情報を取得する。さらに、三次元造形体１０の情報読み取り装置２００は、第２制御部２４０に接続され、マーク部１２が表す情報を表示するモニター２５０（表示部に相当する）を有している。以下、詳述する。

　照射部２１０は、シャーシ２１２と、シャーシ２１２内に配置され近赤外蛍光色素を励起させる近赤外励起光３１を出射する光源２１１と、を有している。シャーシ２１２は、近赤外励起光３１を透過しないアルミなどの金属材料などから形成されている。光源２１１から発した近赤外励起光３１は、マーク部１２に向けて照射される。光源２１１は、例えば、６００ｎｍ～１４００ｎｍの波長域の近赤外励起光３１を発するＬＥＤなどを使用することができる。具体的には、励起用の光源２１１として中心波長７４０ｎｍのＬＥＤリング照明器を用いることができる。

　光学フィルター２２０は、カメラ２３０内の撮像素子とレンズとの間に挿入したり、カメラ２３０の前に配置したりすることができる。光学フィルター２２０は、可視光に対する透過率を近赤外蛍光３２に対する透過率よりも低く設定することが好ましい。近赤外蛍光像を可視光像上に明瞭に表示することができるからである。

　カメラ２３０は、光学フィルター２２０を透過した近赤外蛍光３２を撮影する近赤外線用のＣＣＤカメラや、ＣＭＯＳカメラなどが適用される。ＣＣＤカメラは、Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ素子からなるカメラであり、ＣＭＯＳカメラは、Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒを利用したカメラである。近赤外線ＣＣＤカメラなどで取り込んだデータは、ノイズ処理、エッジ処理、コントラスト強調などの画像処理および画像解析が施される。

　カメラ２３０は、近赤外蛍光色素が発する近赤外蛍光３２を受光素子によって受光することにより、マーク部１２を撮像可能である。カメラ２３０はまた、本体部１１の輪郭等も同時に撮影する。カメラ２３０は、マーク部１２および本体部１１についての画像データを第２制御部２４０に転送する。なお、カメラ２３０による撮像はモノクロームであってもよいし、カラーであってもよい。カメラ２３０は、上記のＬＥＤリング照明器が設けられたものであってもよい。これにより、マーク部１２をより適正に撮影することが可能となる。

　第２制御部２４０は、ＣＰＵやメモリを主体に構成されている。第２制御部２４０は、照射部２１０およびカメラ２３０の作動を制御し、カメラ２３０からの画像データが入力される。第２制御部２４０は、入力された画像データを解析し、マーク部１２が表す情報や、本体部１１の輪郭を取得する。

　モニター２５０は、カメラ２３０によって撮影されたマーク部１２の画像、第２制御部２４０によって解析されたマーク部１２が表す情報、および本体部１１の輪郭を表示する。モニター２５０は、画像や情報を表示し得る限りにおいて特に限定されない。卓上型のディスプレイでもよいし、ヘッドマウント型のディスプレイでもよい。表示する画像は、モノクロームまたはカラーのいずれでもよい。

　次に、三次元造形体１０の情報読み取り装置２００の作用を説明する。

　図１および図３に示すように、三次元造形体１０は、近赤外蛍光色素を含有するマーク部用造形材料２２から造形され、情報を表すためのマーク部１２を有している。可視光の波長域では、三次元造形体１０に付加されたマーク部１２を視認することはできない。真正品である三次元造形体１０を偽造しようとする者は、当該三次元造形体１０をスキャン等することによって、本体部１１に関する形状データを得ることができる。偽造者は、得られた形状データに基づくことによって、本体部１１を造形することはできる。しかしながら、その形状データの中には、真正品におけるマーク部１２の形状データが含まれていない。そもそも、可視光の波長域ではマーク部１２を視認することはできないことから、偽造者は、近赤外蛍光色素を含有するマーク部１２が真正品に存在していることすら気づいていない。

　ある三次元造形体１０が流通する経路において、三次元造形体１０の識別や検査を行う場合には、検査者は、三次元造形体１０におけるマーク部１２が表す情報を取得する。図３に示すように、照射部２１０によって、光源２１１から発した近赤外励起光３１をマーク部１２に向けて照射する。

　図２（Ａ）に示したように、マーク部１２が本体部１１の表層１１ａの少なくとも一部に露出している場合には、本体部１１の表層１１ａにおいて、マーク部１２が近赤外蛍光３２を発する。

　図２（Ｂ）に示したように、マーク部１２が本体部１１の内部に造形されている場合には、近赤外励起光３１は、本体部用造形材料２１を透過してマーク部１２に照射され、マーク部１２が近赤外蛍光３２を発する。近赤外蛍光３２は、本体部用造形材料２１を透過し、本体部１１の表層１１ａから放出される。

　マーク部１２の造形形状が情報パターンの形状である場合には、マーク部１２は、情報パターンに一致したパターンに近赤外蛍光３２を発する。

　近赤外蛍光色素として本件出願人による国際公開第２０１５／０５６７７９号に開示される色素を用いた場合、たとえば、７３０ｎｍの波長域の近赤外励起光３１を吸収して励起し、７５５ｎｍおよび８２３ｎｍの近赤外蛍光３２を発する（上記国際公開第２０１５／０５６７７９号の段落「０２１４」の［実施例１］の記載を参照）。また、７３９ｎｍの波長域の近赤外励起光３１を吸収して励起し、７５８ｎｍおよび８３３ｎｍの近赤外蛍光３２を発する近赤外蛍光色素もある（上記国際公開第２０１５／０５６７７９号の段落「０２４８」の［実施例４］の記載を参照）。

　マーク部１２が発した近赤外蛍光３２は、光学フィルター２２０を透過し、カメラ２３０によって受光される。カメラ２３０はまた、本体部１１の輪郭等も同時に撮影する。カメラ２３０は、マーク部１２および本体部１１についての画像データを第２制御部２４０に転送する。

　第２制御部２４０は、入力された画像データを解析し、マーク部１２が表す情報や、本体部１１の輪郭を取得する。

　モニター２５０に、マーク部１２の画像、マーク部１２が表す情報、および本体部１１の輪郭が表示される。マーク部１２が表す情報は、たとえば、偽造を判別するための情報、三次元造形体１０に関する著作権情報、形状データ１３１の出所・製造者・販売者に関する情報、製造日時に関する情報などである。検査者は、モニター２５０に表示される画像や情報を見て、三次元造形体１０の識別や検査を行い、対象となっている三次元造形体１０が正規品であるか否かを判別することができる。

　三次元造形体１０の識別や検査を行う場合、本実施形態にあっては、照射部２１０およびカメラ２３０などの小型の光学系を準備すればよく、Ｘ線照射装置のような大型の機器は必要とならない。したがって、三次元造形体１０の識別や検査を簡便に行うことができる。さらに、近赤外蛍光色素が蛍光を発するため、材料の反射率の違いに基づいてマーク部を識別等する場合に比べて、蛍光を簡単に検出してマーク部１２を識別等することができる。しかも、近赤外励起光３１をマーク部１２に照射する角度、近赤外蛍光３２をカメラ２３０に入射させる角度などのセッティングが比較的容易である。三次元造形体１０の表面性状（たとえば、表面粗さ）、透明なラッピング材の有無、表面に生じた傷の有無などがあっても、反射率を検出する場合に比較して、悪影響を受けない。したがって、三次元造形体１０の識別や検査を正確に行うことが可能となる。

　偽造者は、近赤外蛍光色素を含有するマーク部１２が真正品に存在していることすら気づいていない。このため、偽造品の場合、モニター２５０には、マーク部１２が表す情報はもちろんのこと、マーク部１２の画像すら表示されない。したがって、検査者は、対象となっている三次元造形体が偽造品であることを極めて簡単に判別することができる。

　なお、偽造者がマーク部１２の存在に気づいてリバースエンジニアリングを行ったとしても、近赤外蛍光色素の添加量が少なく、吸収や蛍光情報のみでは、近赤外蛍光色素の構造情報を得ることは難しい。そのため、真正品と同一の近赤外蛍光色素自体を特定することが難しく、ベース材料に含有させたマーク部用造形材料２２を製造することは事実上困難である。このため、偽造品の近赤外蛍光色素と真正品の近赤外蛍光色素との間では、吸収スペクトルおよび蛍光スペクトルが異なることから、偽造品については、マーク部１２が表す情報が一部壊れて表示されたり、マーク部１２の画像が一部欠損して表示されたりする。結果として、このような場合であっても、検査者は、対象となっている三次元造形体１０が偽造品であることを極めて簡単に判別することができる。

　上記のように近赤外蛍光色素を用いたマーク部１２は、セキュリティーが高く、三次元造形体１０の識別や検査の信頼性が高くなる。

　以上説明したように、本実施形態の三次元造形体１０は、近赤外蛍光色素を含有するマーク部用造形材料２２から造形されたマーク部１２を有している。この三次元造形体１０に対して三次元造形体１０の情報読み取り装置２００を適用することによって、マーク部１２が表す情報を取得することができる。したがって、三次元造形体１０の識別や検査を、簡便、かつ、精度よく実現するのに寄与することが可能となる。

　マーク部１２は、本体部１１の表層１１ａの少なくとも一部に露出している。可視光の波長域ではマーク部１２を視認することはできないため、マーク部１２を付加しても、通常使用時において、三次元造形体１０の意匠性や外観品質を低下させることはない。

　本体部用造形材料２１は、近赤外励起光３１および近赤外蛍光色素が発した近赤外蛍光３２を透過する材料から形成され、マーク部１２は、本体部１１の内部に造形されている。マーク部１２の存在を一層秘匿できるため、偽造防止等のために用いる情報を表すために好適に用いることができる。

　マーク部１２は、近赤外励起光３１が照射されることによって、情報が記録される情報パターンに一致したパターンに近赤外蛍光色素が発光する。情報パターンを構成するようにマーク部１２を造形することによって、多くの情報を三次元造形体１０に付加することができる。

　本実施形態の三次元造形体１０の造形方法およびこれを具現化した立体物造形装置１００は、近赤外蛍光色素を含有するマーク部用造形材料２２から造形されたマーク部１２を有する三次元造形体１０を造形できる。この三次元造形体１０に対して三次元造形体１０の情報読み取り装置２００を適用することによって、マーク部１２が表す情報を取得することができる。したがって、三次元造形体１０の識別や検査を、簡便、かつ、精度よく実現するのに寄与することが可能となる。情報パターンを構成するようにマーク部１２を造形することによって、多くの情報を記録することができる。

　第１制御部１５０は、形状データ１３１に基づいて造形部１４０の作動を制御し、マーク部１２を、本体部１１の表層１１ａの少なくとも一部に露出させることができる。このような構成を有する三次元造形体１０にあっては、上述したように、マーク部１２を付加しても、通常使用時において、意匠性や外観品質を低下させることはない。

　本体部用造形材料２１は、近赤外励起光３１および近赤外蛍光色素が発した近赤外蛍光３２を透過する材料から形成され、第１制御部１５０は、形状データ１３１に基づいて造形部１４０の作動を制御し、マーク部１２を、本体部１１の内部に造形させることができる。このような構成を有する三次元造形体１０にあっては、上述したように、マーク部１２の存在を一層秘匿できるため、偽造防止等のために用いる情報を表すために好適に用いることができる。

　本実施形態の三次元造形体１０の情報読み取り方法およびこれを具現化した三次元造形体１０の情報読み取り装置２００によれば、近赤外蛍光色素を含有するマーク部用造形材料２２から造形されたマーク部１２を有する三次元造形体１０に対して、近赤外蛍光色素を励起させる近赤外励起光３１を照射する。そして、マーク部１２における近赤外蛍光色素が発する近赤外蛍光３２から、マーク部１２が表す情報を取得することができる。したがって、三次元造形体１０の識別や検査を、簡便、かつ、精度よく行うことができる。情報パターンを構成するようにマーク部１２を造形することによって、多くの情報を読み取ることができる。

　受光部は、近赤外蛍光３２を受光する撮像部としてカメラ２３０から構成されており、第２制御部２４０は、カメラ２３０によって撮影したマーク部１２の画像データに基づいて、マーク部１２が表す情報を取得する。画像データに基づいて三次元造形体１０の識別や検査を行うことにより、近赤外蛍光３２を受光したか否かの２値の場合に比較して、多量の情報に基づいて三次元造形体１０の識別や検査を行うことが可能となる。

　情報読み取り装置２００は、第２制御部２４０に接続され、マーク部１２が表す情報を表示する表示部としてのモニター２５０をさらに有する。検査者は、モニター２５０に表示される情報を見て、三次元造形体１０の識別や検査を行い、例えば、対象となっている三次元造形体１０が正規品であるか否かを判別することができる。

　（情報読み取り装置２００の改変例）
　受光部２３０をカメラから構成し、第２制御部２４０が、カメラ２３０によって撮影したマーク部１２の画像データに基づいて、マーク部１２が表す情報を取得する実施形態について説明した。本発明はこの場合に限定されない。

　たとえば、受光部２３０を、近赤外蛍光３２を受光するセンサーから構成し、第２制御部２４０は、センサーによって受光したデータに基づいて、マーク部１２が表す情報を取得するように改変することができる。この場合のセンサーは、含有させた近赤外蛍光色素が発する近赤外蛍光３２を検知する近赤外発光検知センサーである。近赤外発光検知センサーは、当該近赤外蛍光３２を受光したときには、検知信号（例えば、オン信号）を出力する。第２制御部２４０は、近赤外発光検知センサーからの検知信号に基づいて、マーク部１２が表す情報つまり真正品であるという情報を取得する。一方、近赤外励起光３１を照射しても近赤外蛍光３２を受光しないときには、非検知信号（例えば、オフ信号）を出力する。第２制御部２４０は、近赤外発光検知センサーからの非検知信号に基づいて、マーク部１２が表す情報つまり偽造品であるという情報を取得する。

　このような簡便な構成によっても、検査者は、対象となっている三次元造形体１０が偽造品であることを極めて簡単に判別することができる。

　（他の改変例）
　マーク部用造形材料２２に１種類の近赤外蛍光色素を含有する実施形態について説明した。本発明はこの場合に限定されない。複数の近赤外蛍光色素をマーク部用造形材料２２に含有させてもよい。複数の近赤外蛍光色素は同一領域に含まれていてもよいし、互いに異なる領域に含まれていてもよいし、これらの組み合わせであってもよい。マーク部用造形材料２２用の第２供給部１２０を複数持たせることによって、所望の様々な組合せによってマーク部１２を導入することができる。この場合、近赤外蛍光色素ごとに、吸収スペクトルのピーク波長、および蛍光スペクトルのピーク波長が異なっている。三次元造形体１０の情報読み取り装置２００は、受光部２３０によって、含有させた複数の近赤外蛍光色素が発する複数の近赤外蛍光３２を受光する。第２制御部２４０は、受光部２３０によって受光したデータに基づいて、マーク部１２が表す情報を取得する。具体的には、第２制御部２４０は、受光部２３０が複数の近赤外蛍光３２のすべてを受光しているときには、マーク部１２が表す情報つまり真正品であるという情報を取得する。一方、第２制御部２４０は、受光部２３０が複数の近赤外蛍光３２のうち一部の近赤外蛍光３２しか受光していないときには、マーク部１２が表す情報つまり偽造品であるという情報を取得する。また、公知慣用の偽造防止技術と組み合わせることが可能で、より秘匿性を向上させることができる。

　マーク部１２を１つだけ造形する実施形態について説明したが、本発明はこの場合に限定されない。三次元造形体１０の機械強度が低下しない限り、複数の箇所にマーク部１２を存在させることも可能である。

　本出願は、２０１７年２月７日に出願された日本特許出願番号２０１７－０２０４３２号に基づいており、その開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。

１０　　三次元造形体、
１１　　本体部、
１１ａ　表層、
１２　　マーク部、
２１　　本体部用造形材料、
２２　　マーク部用造形材料、
３１　　近赤外励起光、
３２　　近赤外蛍光、
１００　立体物造形装置、
１１０　第１供給部、
１２０　第２供給部、
１３０　データ取得部、
１３１　形状データ、
１４０　造形部、
１５０　第１制御部（制御部）、
２００　三次元造形体の情報読み取り装置、
２１０　照射部、
２１１　光源、
２１２　シャーシ、
２２０　光学フィルター、
２３０　カメラ（受光部、撮像部）、
２４０　第２制御部（制御部）、
２５０　モニター（表示部）。

Claims (14)

1. 　造形材料を積層することによって造形された本体部と、
   　近赤外励起光が照射されることによって近赤外蛍光を発する近赤外蛍光色素を含有するマーク部用造形材料を積層することによって造形され、情報を表すためのマーク部と、を有する三次元造形体。
2. 　前記マーク部は、前記本体部の表層の少なくとも一部に露出している、請求項１に記載の三次元造形体。
3. 　前記本体部用の造形材料は、前記近赤外励起光および前記近赤外蛍光色素が発した前記近赤外蛍光を透過する材料から形成され、
   　前記マーク部は、前記本体部の内部に造形されている、請求項１に記載の三次元造形体。
4. 　前記マーク部は、前記近赤外励起光が照射されることによって、情報が記録される情報パターンに一致したパターンに前記近赤外蛍光色素が発光する、請求項１～３の何れか１項に記載の三次元造形体。
5. 　造形材料を順次積層して三次元造形体を造形するときに、近赤外蛍光色素を含有するマーク部用造形材料を積層し、近赤外励起光が照射されることによって前記近赤外蛍光色素が近赤外蛍光を発して情報を表すためのマーク部を造形する、三次元造形体の造形方法。
6. 　前記マーク部は、前記近赤外励起光が照射されることによって、情報が記録される情報パターンに一致したパターンに前記近赤外蛍光色素が発光する、請求項５に記載の三次元造形体の造形方法。
7. 　造形材料を順次積層して造形された三次元造形体に記録された情報を読み取る三次元造形体の情報読み取り方法であって、
   　近赤外蛍光色素を含有するマーク部用造形材料から造形されたマーク部に向けて、近赤外励起光を照射し、
   　前記マーク部の前記近赤外蛍光色素から近赤外蛍光を発光させ、
   　前記近赤外蛍光の発光に基づいて前記マーク部に記録された情報を読み取る、三次元造形体の情報読み取り方法。
8. 　前記マーク部は、前記近赤外励起光が照射されることによって、情報が記録される情報パターンに一致したパターンに前記近赤外蛍光色素が発光する、請求項７に記載の三次元造形体の情報読み取り方法。
9. 　三次元造形体の本体部を造形する本体部用造形材料を供給する第１供給部と、
   　近赤外励起光が照射されることによって近赤外蛍光を発する近赤外蛍光色素を含有し、前記三次元造形体に付加する情報を表すためのマーク部を造形するマーク部用造形材料を供給する第２供給部と、
   　前記本体部および前記マーク部の形状データを取得するデータ取得部と、
   　前記本体部用造形材料および前記マーク部用造形材料を積層する造形部と、
   　前記データ取得部および前記造形部の作動を制御する制御部と、を有し、
   　前記制御部は、前記データ取得部の前記形状データに基づいて前記造形部の作動を制御し、前記本体部用造形材料を積層させることによって前記本体部を造形させ、さらに前記マーク部用造形材料を積層させることによって前記マーク部を造形させる、立体物造形装置。
10. 　前記制御部は、前記形状データに基づいて前記造形部の作動を制御し、前記マーク部を、前記本体部の表層の少なくとも一部に露出させる、請求項９に記載の立体物造形装置。
11. 　前記本体部用造形材料は、前記近赤外励起光および前記近赤外蛍光色素が発した前記近赤外蛍光を透過する材料から形成され、
    　前記制御部は、前記形状データに基づいて前記造形部の作動を制御し、前記マーク部を、前記本体部の内部に造形させる、請求項９に記載の立体物造形装置。
12. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の三次元造形体におけるマーク部が表す情報を取得する三次元造形体の情報読み取り装置であって、
    　前記近赤外蛍光色素を励起させる前記近赤外励起光を出射する光源を備え、前記マーク部に向けて前記光源から出射された前記近赤外励起光を照射する照射部と、
    　前記近赤外励起光を遮断するとともに前記近赤外蛍光色素が発する前記近赤外蛍光を透過させる光学フィルターと、
    　前記光学フィルターを透過した前記近赤外蛍光を受光する受光部と、
    　前記照射部および前記受光部の作動を制御する制御部と、を有し、
    　前記制御部は、前記受光部によって受光したデータに基づいて、前記マーク部が表す情報を取得する、三次元造形体の情報読み取り装置。
13. 　前記受光部は、前記近赤外蛍光を受光する撮像部から構成されており、
    　前記制御部は、前記撮像部によって撮影した前記マーク部の画像データに基づいて、前記マーク部が表す情報を取得する、請求項１２に記載の三次元造形体の情報読み取り装置。
14. 　前記制御部に接続され、前記マーク部が表す情報を表示する表示部をさらに有する、請求項１２または請求項１３に記載の三次元造形体の情報読み取り装置。

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