JP2016030435A - 物体造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクの変色、斑の発生を防止し、画像の品質を向上させることが可能な物体造形装置の提供。【解決手段】透明なインクと着色インクとを被記録媒体３３に向けて吐出するインク吐出手段３２と、一の面と反対側の他の面から、一の面の透明なインクが塗布される被記録媒体の位置に対応する他の面の位置へ向けて光を照射する第１の照射手段３１と、を含むことを特徴とする物体造形装置。好ましくは、前記第１の照射手段は、前記照射する光が前記インク吐出手段に当たらないよう、前記透明なインクが塗布される前記被記録媒体の位置に対応する前記他の面の位置へ向けて、所定の角度から前記光を照射する。【選択図】図４

Description

本発明は、物体造形装置に関する。

インクジェットプリンタによって立体層とカラー印刷層とを分けて印刷し、観賞用の絵画のような立体感のある出力結果を得る技術がある。このとき、立体層を形成した後にカラー印刷層の着色を行うと、ヘッドギャップが拡大することによるカラーインクの着弾位置ずれが生じてしまう。これを防止するため、３Ｄ（Dimension：次元）データをスライスデータ化し、立体層を構成する各層毎に積層して印刷する方法が既に知られている。

特許文献１には、紫外線（ＵＶ：Ultraviolet）が照射されることにより硬化する性質を有する紫外線硬化型インクを硬化させることを目的として、インクジェットプリンタのキャリッジに取り付けた紫外線照射装置を用いて、記録メディアの上部から紫外線を当てるインクジェットプリンタが開示されている。

しかし、従来の紫外線硬化型インクに代表される光硬化性インクは、硬化するまでに時間を要するため、カラー三次元造形物の画像形成時において、長時間露光させることによりインクに変色が起きてしまうという問題があった。この点について図８を用いて説明する。図８は、従来の物体造形装置において、立体層を形成するインクがどのようにして硬化するかについて説明する図である。

図８に示すように、不透明のインクが吐出ヘッドから吐出され、落下し、記録メディアに着弾後、紫外線を照射して硬化させる。しかしながら、不透明のインクに対して記録メディアの上面から露光照射を行うのみでは、インクの着弾から硬化までに長時間又は高いエネルギーの紫外線照射が必要となり、変色のおそれがある。さらに、インクの表面のみが硬化し内部が硬化しないといった現象が起きたり、色毎に高さ斑が生じたりする等の問題がある。

特許文献１に開示された技術では、紫外線硬化インクに対し紫外線を照射することにより三次元の立体的な造形物を形成しているが、紫外線硬化インクを完全に硬化させるために時間を要してしまい、インクが変色してしまうという問題は何ら解消されていない。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、インクの変色、斑の発生を防止し、画像の品質を向上させることが可能な物体造形装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明における物体造形装置は、透明なインクと着色インクとを被記録媒体に向けて吐出するインク吐出手段と、一の面と反対側の他の面から、前記一の面の前記透明なインクが塗布される前記被記録媒体の位置に対応する前記他の面の位置へ向けて光を照射する第１の照射手段と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、インクを短時間で硬化させることにより、インクの変色、斑の発生を防止し、画像の品質を向上させることが可能な物体造形装置を得ることができる。

本実施形態に係る物体造形装置において、立体層を形成するインクがどのようにして硬化するかについて説明する図である。 本実施形態に係る物体造形装置によって形成される立体造形物の積層構成において、立体層形成用インクと着色用インクとを用いて下面部から紫外線を照射する例、及び下面部と上面部とから紫外線を照射する例について説明する図である。 本実施形態に係る物体造形装置によって形成される立体造形物の積層構成において、立体層形成用インクと着色用インクと隠蔽用インクとを用いて下面部と上面部とから紫外線を照射する例について説明する図である。 第１の実施形態に係る物体造形装置の概略構成図である。 第２の実施形態に係る物体造形装置の概略構成図である。 第３の実施形態に係る物体造形装置の概略構成図である。 第４の実施形態に係る物体造形装置の概略構成図である。 従来の物体造形装置において、立体層を形成するインクがどのようにして硬化するかについて説明する図である。

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化乃至省略する。

本発明は、立体造形物の形成に際し、以下の特徴を有する。すなわち、本発明では、透明な紫外線硬化インクを用いて、被記録媒体である記録メディアの裏面から紫外線照射を行うことが特徴になっている。この本発明の特徴について、以下図面を用いて詳細に解説する。

まず、本実施形態に係る物体造形装置において、立体層を形成するインクがどのようにして硬化するかについて説明する。図１は、本実施形態に係る物体造形装置において、立体層を形成するインクがどのようにして硬化するかについて説明する図である。

図１に示すように、透明なインク又は着色された着色インクが吐出ヘッドから吐出され、落下し、記録メディアに着弾した直後に紫外線照射を行う。そうすると、インクが球状に硬化することなく、かつ、インクが潰れて薄く塗ることができ、インクが広がらない状態で着弾直後に速やかに硬化させることが可能となる。これにより、平滑面を形成する際に高さを失わずに済み、また、紫外線照射が短時間で済むため、立体的に積層していく際の生産性向上に繋がる。

次に、本実施形態に係る物体造形装置によって形成される立体造形物の各層が如何なるインクによって構成されるかについて説明する。

カラー三次元造形物の造形システムにおいて、凹凸（立体層）を形成した後にカラー印刷の着色を行うと、ヘッドギャップが拡大することによりカラーインクの着弾位置がずれてしまうという問題がある。そこで、凹凸情報と色情報とを合成した三次元データをスライスデータ化し、立体層形成と着色とを繰り返して積層を行うことにより、適正なヘッドギャップを設定する方法が既に知られている。

本実施形態では、カラー立体画像形成に当たり、少なくとも二種類のインクを使用する。少なくとも二種類のインクとは、土台を形成する透明な第一のインクと、着色を目的とした第二のインクである。この少なくとも二種類のインクを使用した積層構成について図２及び図３を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る物体造形装置によって形成される立体造形物の積層構成において、立体層形成用インクと着色用インクとを用いて下面部から紫外線を照射する例、及び下面部と上面部とから紫外線を照射する例について説明する図である。図３は、立体層形成用インクと着色用インクと隠蔽用インクとを用いて下面部と上面部とから紫外線を照射する例について説明する図である。

図２に示すような五層の積層で形成される立体造形物を考えた場合、上面から照射するのみであると、一層目の第二のインクである着色用インク２３１、２３２は、五層目に至るまでに合計五回紫外線の照射を受けてしまう。このように、上面からの紫外線照射を長時間繰り返して積層を行うと、着色用インク２３１、２３２の上面が変色してしまい、品質が低下してしまう。これに対し、本実施形態では、下面部からのみ紫外線照射を行っているので、長時間繰り返し照射しても、着色用インク２３１、２３２上面の呈色に影響はない。すなわち、上面部から長時間紫外線を照射しないので、着色用インク２３１、２３２の上面が変色することなく、造形の品質を向上させるという効果が得られる。

上記実施形態では、下面部のみから紫外線を照射することにより着色用インク２３１、２３２を硬化させることについて述べた。他の実施形態として、図２において下面部と上面部とから紫外線をインクに照射する。下面部と上面部とから紫外線を照射することにより、上面部からのみ紫外線を照射する場合と比較して、単位時間当たりの紫外線量が多くなる。単位時間当たりの紫外線量が多くなることで、上面部からのみ紫外線を照射する場合と比較して、下面部と上面部とから紫外線を照射した方が、着色用インク２３１、２３２を早く硬化させることができる。また、下面部と上面部とから紫外線を照射することにより、インクに対する露光時間を短くすることができる。インクに対する露光時間を短くすることにより、着色用インク２３１、２３２の変色を抑えることができ、造形品質を向上させることができると共に、生産性を上げることができる。

上記他の実施形態では、土台を形成する第一のインクである立体層形成用インク２１と、着色を目的とした第二のインクである着色用インク２３１、２３２とを、下面部と上面部とから紫外線を照射していた。さらに他の実施形態では、図３に示すように立体層形成用インク２１と着色用インク２３１、２３２との間に、第三のインクである隠蔽用インク２２１、２２２を吐出する。隠蔽用インク２２１、２２２を吐出することにより、白地を作成することができ、下地が立体層形成用インク２１である場合と比較して発色を良くすることができる。

着色用インク２３２は上面部と下面部とから紫外線が照射されるので、照射時間が短くなり、着色用インク表面の変色を防ぐことができる。一方、着色用インク２３３については、隠蔽用インク２２２が邪魔をするので、下面部から紫外線を照射することができない。しかし、立体層形成用インク２１は、上面部と下面部とから紫外線が照射されるため、完全に硬化することができる。

立体層形成用インク２１が充分に硬化していれば、着色用インクの硬化が充分でなくても、立体物の高精細さを確保することができる。したがって、上記他の実施形態の照射時間と同等の時間で造形が可能である。紫外線の照射時間を短くすることで、インクの変色を抑えることができ、造形品質を向上させることができると共に、生産性を上げることができる。

次に、第１の実施形態に係る物体造形装置の概略構成について説明する。図４は、第１の実施形態に係る物体造形装置の概略構成図である。

図４において、物体造形装置１は、光硬化性樹脂インクを吐出する光硬化性樹脂吐出ヘッド３２と、吐出された光硬化性樹脂インクが塗布される記録メディア３３と、記録メディア３３の裏面から紫外線照射を行う紫外線照射装置３１とを備える。紫外線照射装置３１は、記録メディア３３の上面の反対側の下面から、記録メディア３３の上面における光硬化性樹脂インクが塗布される位置に対応する下面部から紫外線を照射する。

ただし、光硬化性樹脂インクが塗布される記録メディア３３の裏面から光硬化性樹脂吐出ヘッド３２に対して直接紫外線照射を行ってしまうと、光硬化性樹脂吐出ヘッド３２にある吐出前のインクが硬化してノズルを詰まらせてしまう。したがって、紫外線照射装置３１は、光硬化性樹脂吐出ヘッド３２に当たらない角度で記録メディア３３に対して紫外線照射を行うものとする。

また、記録メディア３３を載置するステージ部材３４は、記録メディア３３の裏面からの紫外線照射を可能とするため、スリット３５を有するもの、又は透明な部材を用いることとする。さらに、光硬化性樹脂吐出ヘッド３２から吐出された光硬化性樹脂インクに対して真上から紫外線照射を行う紫外線照射装置３６を併せて使用すると、紫外線照射時間を短くすることができ、生産性をさらに上げることができる。

次に、第２の実施形態に係る物体造形装置の概略構成について説明する。図５は、第２の実施形態に係る物体造形装置の概略構成図である。

記録メディア４３の搬送方向と直交する方向（図５のキャリッジ移動方向の矢印方向）へ移動することにより、光硬化性樹脂吐出ヘッド４２を移動する図示しないキャリッジを含んでいる。図５において、紫外線照射装置４１は、キャリッジの移動方向においてキャリッジの移動距離（キャリッジ移動幅）と同等以上の長さを有するものとする。紫外線照射装置４１による記録メディア４３の下面部からのキャリッジ移動幅全体における紫外線照射に加え、紫外線照射装置４６による記録メディア４３の上面からの紫外線照射を行うことにより、光硬化性樹脂インクの硬化速度をさらに速めることができる。

次に、第３の実施形態に係る物体造形装置の概略構成について説明する。図６は、第３の実施形態に係る物体造形装置の概略構成図である。

図６において、紫外線照射装置５１は複数の小さな光源から構成されており、これ等複数の光源は、キャリッジの移動方向と同一方向にキャリッジ移動幅と同等以上の長さとなるよう配列されている。キャリッジの動作に合わせ、キャリッジ移動方向においてキャリッジと同一直線状（図６における垂直の位置）にある光源のみが点灯し、それ以外の光源は消灯する。これにより、キャリッジ移動幅の全てにおいて紫外線照射装置４１が点灯している図５の構成と比較して、消費電力を小さくすることができる。

次に、第４の実施形態に係る物体造形装置の概略構成について説明する。図７は、第４の実施形態に係る物体造形装置の概略構成図である。

紫外線照射装置６１と紫外線照射装置６６とは同等の幅を有し、キャリッジの移動に伴い、両者は並行して移動するものとする。紫外線照射装置６１の光源は常に点灯しており、キャリッジの動作と同期して移動する。キャリッジ移動幅の全てにおいて紫外線照射装置４１が点灯している図５の構成と比較して、消費電力を小さくすることができ、光源の数も減らすことができる。

従来技術のように不透明なインクを用いた場合、紫外線照射による斑や長時間の紫外線照射により変色が発生し、立体層形成と着色とを繰り返す積層の効率が悪化してしまう。これに対し、本実施形態では、紫外線透過性が良い透明なインクを用いているので、立体層を形成する際、紫外線照射による硬化の精度が上がる。

また、位置的にインク滴の陰になる部分に対しても紫外線が透過するため、硬化されない部分が生じない。さらに、紫外線の露光を記録メディアの裏面から行うことにより、着色されたカラーインクを用いた場合に行われる長時間露光により生じる変色を軽減することができ、造形品の品質を上げることができる。そして、従来行われてきた記録メディアの表面から行われる露光では、インク吐出ヘッドの両側に紫外線照射装置を取り付ける方式が多数存在するが、この場合、紫外線の反射光によりインク吐出部分が詰まってしまうという問題が有る。これに対し本実施形態では、記録メディアの裏面から紫外線照射を行うことにより、このような問題が発生する可能性を軽減することができる。

また、本実施形態では、記録メディアの表面及び裏面から紫外線露光を行うことにより、インクの硬化速度を上げることができる。さらに、透明インクの着弾直後に記録メディアの表面及び裏面から紫外線照射を行うことにより、インクが潰れて薄くなることなく、広がらない状態で速やかに硬化させることが可能となり、立体層形成の精度及び生産性の向上が可能となる。

このように、本発明によれば、インクの変色、斑の発生を防止し、画像の品質を向上させることが可能な物体造形装置を得ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範囲な趣旨及び範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正及び変更が可能である。

１ 物体造形装置
２１ 立体層形成用インク
２２１、２２２ 隠蔽用インク
２３１、２３２、２３３ 着色用インク
３１、３６、４１、４６、５１、５６、６１、６６ 紫外線照射装置
３２、４２、５２、６２ 光硬化性樹脂吐出ヘッド
３３、４３、５３、６３ 記録メディア
３４、４４、５４、６４ ステージ部材
３５ スリット

特許第５２１６１５６号公報

Claims (9)

1. 透明なインクと着色インクとを被記録媒体に向けて吐出するインク吐出手段と、
   一の面と反対側の他の面から、前記一の面の前記透明なインクが塗布される前記被記録媒体の位置に対応する前記他の面の位置へ向けて光を照射する第１の照射手段と、
   を含むことを特徴とする物体造形装置。
2. 前記第１の照射手段は、前記照射する光が前記インク吐出手段に当たらないよう、前記透明なインクが塗布される前記被記録媒体の位置に対応する前記他の面の位置へ向けて、所定の角度から前記光を照射することを特徴とする請求項１に記載の物体造形装置。
3. 前記一の面の前記透明なインクが塗布される前記被記録媒体の位置へ向けて、前記一の面から光を照射する第２の照射手段をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の物体造形装置。
4. 前記被記録媒体を載置する部材は、前記一の面の前記透明なインクが塗布される前記被記録媒体の位置に対応する前記他の面の位置へ向けて照射される光を前記被記録媒体へ通すための孔を有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の物体造形装置。
5. 前記被記録媒体を載置する部材は、前記一の面の前記透明なインクが塗布される前記被記録媒体の位置に対応する前記他の面の位置へ向けて照射される光を前記被記録媒体へ通すため、透明であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の物体造形装置。
6. 前記被記録媒体の搬送方向と直交する方向へ移動することによりインク吐出ヘッドを移動するキャリッジを含み、前記第１の照射手段は、前記キャリッジの移動方向において前記キャリッジの移動距離と同等以上の幅を有することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の物体造形装置。
7. 前記第１の照射手段は、前記キャリッジの移動距離と同等以上の幅となるよう複数の光源が前記キャリッジの移動方向と同一方向に配列されたものであり、前記複数の光源のうち、前記キャリッジと同一直線状にある光源のみが前記光を照射することを特徴とする請求項６に記載の物体造形装置。
8. 前記第１の照射手段と前記第２の照射手段とは前記キャリッジの移動方向において同等の幅を有し、両者は前記キャリッジの移動と並行して移動し、前記第１の照射手段は常時前記光を照射しており、前記キャリッジの移動と同期して移動することを特徴とする請求項６に記載の物体造形装置。
9. 前記光は、紫外線であることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の物体造形装置。

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