(57)【要約】【課題】スマートフォンやモバイルＰＣ、あるいはタブレット型ＰＣ等の液晶ディスプレイを有するモバイルデバイス（携帯端末）から、光の波長の調整できる材料を特別な安価フィルムで挟んでシートを作成し、それをもって、光の波長を調整する事で、硬化反応を誘発し、持運びに便利な小型３次元プリンターを提供する。【解決手段】モバイルデバイスの液晶ディスプレイから出る光周波数を変調するクロコン酸非線形光学結晶体を有する外枠フレームと、この外枠フレームに遮光状態で被せられ、酸素層と液状樹脂層とが入れられるモデリングルームと、このモデリングルームに装着され当該モデリングルーム内を上下可能な造形ステージを備えてなるプロセッシングルームと、から構成した。前記クロコン酸非線形光学結晶体は両面を無アルカリガラス基板で覆ったシート体として構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モバイルデバイスの液晶ディスプレイから出る光周波数を変調するクロコン酸非線形光学結晶体を備えた外枠フレームと、この外枠フレームに遮光状態で被せられ、酸素層と液状樹脂層とが入れられるモデリングルームと、このモデリングルームに装着され当該モデリングルーム内を上下動可能な造形ステージを備えてなるプロセッシングルームと、からなるモバイルデバイス用３次元プリンター。
【請求項２】
前記クロコン酸非線形光学結晶体は両面を無アルカリガラス基板で覆ったシート体として構成されていることを特徴とする請求項１に記載のモバイルデバイス用３次元プリンター。
【請求項３】
前記クロコン酸非線形光学結晶体は光周波数を４６０ｎｍ以下に変調することができることを特徴とするモバイルデバイス用３次元プリンター。
【請求項４】
モバイルデバイスの液晶ディスプレイから出力される３次元画像の光周波数を、クロコン酸非線形光学結晶体により変調させ、光硬化性樹脂により造形可能としたことを特徴とする３次元プリンター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモバイルデバイスに表示された３次元造形物をそのままその場で３次元の造形物としてプリンターに出力することができるモバイルデバイス用３次元プリンターに関する。
【背景技術】
【０００２】
モバイルデバイスは持ち運びが可能であるため、いろいろなビジネスの場面でもよく使用されている。一方、このようなモバイルデバイスのデータを印刷する技術も普及しており、例えば、モバイルデバイスに蓄積された表計算ソフトの集計データなどをプリントアウトすることはよく行われている。モバイルデータは２次元画面で表示され、かつプリントアウトされたデータも２次元表示されている。
【０００３】
最近では３次元プリンターが出てきており、この３次元プリンターを利用することが検討されている。建築の例を採れば、施主との打合わせやプレゼンテーションの際に、その場で建物の模型を簡単に製作することができれば便利である。実際に建物の模型を製作すると、場所や、人工・コスト・時間が非常にかかる。その為、殆どが紙媒体か完成系のイメージ模型を見て打合せをしている。しかし、現状の模型があれば、専門工事業者との複雑な打合せを行う時や設計変更などが発生した時に、非常に説明がしやすい。また、造形物を見れば、直感的に分かる部分も多い為、打合せも短時間で済む。したがって、液晶ディスプレイを採用しているモバイルデバイスに表現されている画像の３次元モデルから、３次元プリンターを用いて光硬化性樹脂による３次元モデルを直接表現できれば、実感が湧く。
【０００４】
従来の光硬化性樹脂を用いた３次元プリンターでは、液晶ディスプレイを用いた技術が提案されているが、これはフォトマスクとして利用するもので、次々と形状の変わるフォトマスクに背面からレーザ光を当て、透過するレーザ光で樹脂を硬化させることで、造形精度を上げるために用いてきた（特許文献１，２）。また、近年では、スマートフォンの上に載せることのできる３次元プリンターで、スマートフォンの上に外光を遮断する専用のケースを被せ、そこに光硬化性のレジンを注いで使うことになっており、スマートフォンの画面に造形したいモデルの積層画像を順次表示させることで徐々に硬化させていく方式とされている（非特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、この種の３次元プリンターでは、モバイルデバイスの液晶ディスプレイに表示された３次元画像を印刷することができるものの、従来のこの種のプリンターに使用するのは特殊なレジンを使うものであった。すなわち、一般に使用されている既製品の液晶ディスプレイから発せられる光の波長では、光が弱い（波長が長い）ため、光硬化が発生しなかった。そのため光硬化を発生させるレベルまで波長の強さを落とした（短くした）レジンを使用していた。液晶ディスプレイに表示されている光の波長では光の波長がまばらであり、特殊なレジンを使わざるを得なかったからである。
【０００６】
また、液晶ディスプレイからの光の波長は、不安定な為、モバイルデバイス内部で調整可能な光の波長だけでは、造形材料の液樹脂を硬化させることができない。その上、光の波長を変換させるフィルムはレチクルという無機系の材料で、存在しているが約３０μmのものを数十枚積層させ造りだす際に掛かるコストが、一つでおよそ４億円と非常に高額で、現実での使用は難しく、それ以外のチタン酸バリウムなどもやはり高額なものとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平7−３２９１９１号公報
【特許文献２】特開２００１−２５２９８６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】http://www.dream-seed.com/weblog/archives/2016/03/69084
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に着目し、いわゆるスマートフォンやモバイルＰＣ、あるいはタブレット型ＰＣ等の液晶ディスプレイを有するモバイルデバイス（携帯端末）から、光の波長の調整ができる材料を特別な安価フィルムで挟んでシートを作成し、それをもって、光の波長を調整する事で、硬化反応を誘発し、持ち運びに便利な小型３次元プリンターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係るモバイルデバイス用３次元プリンターは、モバイルデバイスの液晶ディスプレイから出る光周波数を変調するクロコン酸非線形光学結晶体を備えた外枠フレームと、この外枠フレームに遮光状態で被せられ、酸素層と液状樹脂層とが入れられるモデリングルームと、このモデリングルームに装着され当該モデリングルーム内を上下動可能な造形ステージを備えてなるプロセッシングルームと、から構成した。
【００１１】
この場合、前記クロコン酸非線形光学結晶体は両面を無アルカリガラス基板で覆ったシート体として構成されている。また、前記クロコン酸非線形光学結晶体は光周波数を４６０ｎｍ以下に変調することができるものである。
【００１２】
また、本発明に係る３次元プリンターは、モバイルデバイスの液晶ディスプレイから出力される３次元画像の光周波数を、クロコン酸非線形光学結晶体により変調させ、光硬化性樹脂により造形可能としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、クロコン酸非線形光学結晶体に光を通せば、光の周波数が変わることを利用した技術である。これにより、モバイルデバイスの液晶ディスプレイに写した画像を３次元造形物として得ることができるのである。すなわち、モバイルデバイスに表示されている画像や図面の上に、実施例に係る３次元プリンターを置き、光硬化材料を入れて、ボタンを押せば、いつでも何処でも３次元造形物を出力できることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る３次元プリンターの分解側面断面図である。
【図２】造形中の実施例の３次元プリンターの組立図である。
【図３】上部プロセッシングルームを外した同平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明に係るモバイルデバイス用３次元プリンターの実施形態を説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１６】
実施形態に係るモバイルデバイス用３次元プリンター１０の中心的な構成を最初に説明する。
実施形態に係るモバイルデバイス用３次元プリンター１０は、図１に示されるように、使用するモバイルデバイス１２を収容できる外枠フレーム１４と、この外枠フレーム１４上に位置して光造形を造形する部屋となるモデリングルーム１６と、最上段に位置し、３次元データのスライスデータをモバイルデバイス１２から取り込み、下面に位置する造形ステージ１８をピッチ移動させるとともに、モバイルデバイス１２のデータを更新させるようにしているプロセッシングルーム２０とから構成されている。これらは厚み方向の寸法（ｔ）は異なるが、平面寸法（ｘ×ｙ）は同じくされて互いに遮光状態に重ね合わされている。
【００１７】
まず、図２に示されるように、外枠フレーム１４は、モバイルデバイス１２の周囲に配置される側壁部材２２と、高さ方向の中央を上下に仕切る仕切部材２４により構成され、丁度モバイルデバイス１２の上方から被せることにより内部にモバイルデバイス１２を収容できるようになっている。側壁部材２２の仕切部材２４より上にはみ出た部分２６はその上位に位置するモデリングルーム１６に連結される部分とされ、この部分に磁石（図示せず）が装着されている。また、仕切部材２４の中央領域には、被せたモバイルデバイス１２の液晶ディスプレイ２８に丁度一致するか、あるいはそれより一回り大きいサイズのクロコン酸非線形光学結晶体３０を有するシート体３２が配置されている。すなわち、仕切部材２４の中央領域には装着されるモバイルデバイス１２の液晶ディスプレイ２８に相当する大きさの窓が開けられ、この窓部にシート体３２が配置されている。シート体３２は中央にクロコン酸非線形光学結晶体３０を配置し、その上下両面を無アルカリガラス３４でカバーしており、液晶ディスプレイ２８から出た光が全てクロコン酸非線形光学結晶体３０を通過するようにしている。このクロコン酸非線形光学結晶体３０は、詳細を後で説明するように、光周波数を４６０ｎｍ以下に変調することができるものを使用している。
【００１８】
一方、モデリングルーム１６を構成する容器は、側壁部材３６を有し、この側壁部材３６は樹脂を造形するただの上下に抜けたケースで、平面外径寸法を下位の外枠フレーム１４と同じくされている。この内部で３次元造形するために、高さが変えられるようにしている。また、外枠フレーム１４との嵌め合いをインロー構造３８とし、これらを磁石（図示せず）で嵌め合わせるようにし、造形時の衝撃で外れない様になっており、同時に遮光性を確保するようにしている。
【００１９】
次に、上段のプロセッシングルーム２０は、通常の密閉箱型容器の下面に造形ステージ１８を備えたものある。容器の周囲を下段のモデリングルーム１６に合わせて取り囲む側壁部材４０を有し、平面外径寸法を下位のモデリングルーム１６と同じくされている。そして、その下縁部には嵌め合いをインロー構造４２として、モデリングルーム１６に磁石（図示せず）により着脱可能とされている。このプロセッシングルーム２０は内部を仕切って密閉ケースとしており、内部にマザーボード４４が配置され、これにＣＰＵ４６、メモリ(オンボード)４８を搭載している。また、ＷｉＦｉ５０、ブルートゥース（登録商標）５２が設けられ、画像データの取得や近接するモバイルデバイス１２への通信が可能となっている。また、ＯＮ/ＯＦＦスイッチ５４を実装し、造形ステージ１８だけを外部に出している構成とされている。
【００２０】
造形ステージ１８は上下に移動可能となっており、２本のスクリューシャフト５６を、内蔵するモータ５８で上下駆動するようになっている。その動きは、最初に液晶画面の直上にあるクロコン酸非線形光学結晶体３０に接し、そこを造形開始位置としており、造形が進むにつれて上方にピッチ位置移動するように、内部に設置したモータ５８により駆動制御されている。
【００２１】
このような３次元プリンター１０では、モバイルデバイス１２と通信を行い、モバイルデバイス１２が示している３次元画像データをもとに作成した高さ方向のスライス像に合わせて造形ステージ１８を駆動可能としている。モデリングルーム１６は矩形状の枠体からなり、直接外枠フレーム１４に装着され、３次元造形物を造るスペースとなっている。更にその上にはプロセッシングルーム２０がモデリングルーム１６に磁石により着脱自在に取り付けられている。プロセッシングルーム２０の底面には造形ステージ１８が昇降自在に取り付けられ、樹脂の硬化に合わせて順次上昇する。したがって、予めモデリングルーム１６内に酸素層６０と液状樹脂層６２とを入れておき、造形ステージ１８を最初は伸長させて、最下層のクロコン酸非線形光学結晶体３０に接する無アルカリガラス３４に接触させ、その外側のモバイルデバイス１２の液晶ディスプレイ２８に表示された３次元モデルのスライス面を順次表示させつつ、造形ステージ１８に積層させていくことで立体的な３次元造形モデル６４ができあがる。
【００２２】
このように表示されたスライス画像（輪切り画像）は、３次元プリンターにて３Ｄモデルとして成形される。
【００２３】
ところで、モバイルデバイス１２の液晶ディスプレイ２８に表示される画像の光そのものでは液状樹脂層６２が硬化しない。ディスプレイの発している光の波長を、モバイルデバイス１２として用いられる「アイホン（登録商標）６」を例に説明する。アイホン６はＲｅｔｉｎａ ＨＤディスプレイを採用している。これは背面にはＬＥＤバックライトと環境光センサーを使用している。まず、液晶ディスプレイ２８の環境センサーを切る。これは通常の設定画面で操作可能である。これを切らなければ常に外的要因によって環境センサーが動作し、ＲＧＢの値が変動し続け、安定しない為である。続けて、背面のＬＥＤバックライトであるが、これは、紫波長:３６０〜４００ｎｍと、赤波長:７６０〜８３０ｎｍが基本的な素子として機能しているのが一般的である。
この値を、クロコン酸非線形光学結晶体３０を介した場合、
紫波長３６０〜４００ｎｍ⇒１８０〜２００ｎｍ、
赤波長７６０〜８３０ｎｍ⇒３８０〜４１５ｎｍ
となり、一般市販品の液樹脂の硬化波長である約２６０〜４６０ｎｍの光の波長帯域にどちらも該当する。やはり、Ｒ(赤)は波長帯域が広いが、許容範囲に収まっている。
【００２４】
この事から、クロコン酸非線形光学結晶体３０を介して、モバイルデバイス１２内部の液晶ディスプレイ２８の光を調整し、光硬化を誘発させる事は十分可能であると言える。
【００２５】
今回使用するデバイスは、アイホン（登録商標）６であるが、クロコン酸非線形光学結晶体３０の厚みは６ｃｍ未満としている。一般的に定義されている結晶では、結晶サイズはＷ・Ｈ・Ｌｍｍ3で規定される。幅（Ｗ）、高さ（Ｈ）、長さ（Ｌ）である。これは変調させる光が短波長である為である。そのため、複雑な計算式を用いなくとも結晶体３０の厚みは「Ｗ＝Ｈ」で十分である。
【００２６】
しかし、６ｃｍとなるとかなり分厚くなるので、次式を用いて調整している。また、第二高調波発生プロセス(波長を倍にする事)をする場合、Ｗ＝Ｈでは無く、次式を用いて厚みを決定する事も可能となるので今回は此方を使用する。
Ｗ=Ｈ＋２ｔａｎ（（６６．６°−３６°）/２）・Ｌ
この式にＷイコールの形でＨ、Ｌ、Ｘ（＝ｔａｎ（（６６．６°−３６°）/２））に数値を代入する。数値は任意である。
【００２７】
クロコン酸非線形光学結晶体３０を上下両面からサンドイッチにする無アルカリガラス３４は保護材として使用している。基本的に殆どのガラスに共通する事ではあるが、光波長が３５０〜４００ｎｍ以上であれば９０％以上を透過する為、無視して良いと考えている。装置をよりスマートに軽量化する意味で言えば、薄ければ薄いほど良いと思われる。保護材として使用すると言う意味での厚みであれば０．３ｍｍが適切かと思われる。これは現在の技術で製造可能な技術の限界であり、また、一般製品として十分な強度を有しており、製品化もされているからである。
【００２８】
ガラス基板を採用した理由として、電導性があり、種類によっては丈夫かつ、入手が容易で安価であり、日本でも普及している製品だからである。その中でも、無アルカリガラス３４の基板を採用する事とした。無アルカリガラス３４を採用した理由として、手ごろな値段で、耐熱性・耐薬品性・低膨張率かつ極薄形成が可能で、極薄であるにも関わらず一定の強度を有している為である。耐薬品性は光硬化性の液樹脂による影響に強く、耐熱性はモバイルデバイス１２上に造形される際の、マシンからの熱に対して強い。特に低膨張率・極薄かつ一定の強度である為、クロコン酸非線形光学結晶体を挟み込みシートとして使用する際に、非常に相性が良いと言える。
【００２９】
このように、本実施形態では、モバイルデバイス１２を覆うように最初に外枠フレーム１４を配置し、これに設けたクロコン酸非線形光学結晶体３０が液晶ディスプレイ２８を覆うようにする。そして、これにモデリングルーム１６を、インロー構造３８を利用して嵌め込み、磁着させる。
【００３０】
その後、酸素を入れて酸素層６０を形成する。これは、レジンの造形状態を制御する為である。３次元的な立体物を作製するのに必須であるが、今回の場合、酸素（正確に言えば空気＝エアに含まれる主要成分：窒素や酸素などの量）は製作する造形物が巨大で無い為、通常の空気中に存在している酸素で作製可能である。
【００３１】
そして、その上にレジンを流し込み、液状樹脂層６２を形成する。今回使用するデバイスをアイホン（登録商標）６で想定しているので、Ｌ＝１５８．２ｍｍ、Ｗ＝７７．９ｍｍ、Ｈ＝７．３ｍｍである為、レジンは１５０ｇもあれば十分である。
【００３２】
また、前述で少し触れているがクロコン酸はグラム当たり１００円と非常に安価である。
これを利用する事で、モバイルデバイスのディスプレイ波長の調整が安価で可能となる。なお、クロコン酸は意外と身近にあり、「黄色」の色を構成しているものの一つである。また、近赤外染料であるクロコニウム染料の合成原料としての用途があり、市販もされている為、原材料の入手が非常に簡単である。更に、構成成分は炭素、水素、酸素だけからなり、分子構造は、炭素原子がシンプルな五角形で構築されている。Ｈ＋（プロトン）供与性の水酸基（−ＯＨ）を２つ、受容性のカルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）を３つ持っている。このことからも環境処理や再利用に困ることは無い、非常に有能な材料であると言える。
【００３３】
次に光の波長によって硬化する一般市販品の液樹脂の波長であるが、これは約２６０〜４６０ｎｍの光の波長未満であれば硬化すると言われている。つまり４６０ｎｍ未満である。
国際照明委員会の定めたＲＧＢの値は国際標準では、
波長Ｒ:＝７００ｎｍ、
Ｇ＝５４６．１ｎｍ、
Ｂ＝４３５．８ｎｍ、
と定めている。しかし、これは単体の場合で、殆どの場合は見え方による波長の組合せで値が変わって来る。対応している波長の関係を書くと、およそ、
紫（青紫）：３８０〜４３０ｎｍ、
藍（青） ：４３０〜４６０ｎｍ、
青（青緑）：４６０〜５００ｎｍ、
となっている。すなわち、ディスプレイの発する波長が５２０〜１０００ｎｍの範囲であれば、ＲＧＢの波長を調整し、クロコン酸非線形光学結晶体を介することで光硬化を誘発できるといえる。
【００３４】
この３次元プリンター１０による造形モデル６４を造る際、底部等にＱＲコード（登録商標）を造形することができる。このＱＲコード（登録商標）には出力して造形モデル６４の詳細データの呼び出しが可能とされ、これによって、図面データやＢＩＭデータを格納場所から呼び出し、当該モバイルデバイス１２上に表示できる。
【００３５】
このように、本発明によれば、各人のモバイルデバイス１２を出力媒体にする為、その場で作ることが出来る。しかも、小型の３次元プリンター１０で代用可能となる。不要になった旧型スマートフォン／デバイスでも出力可能な為、３次元プリンター専用機としても使用できる。底部にＱＲコード（登録商標）を造形する事でその場で図面データやＢＩＭデータをモバイルデバイスで閲覧できる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本願発明は３次元プリンターに係り、特に一般的に使用されるスマートフォンなどのモバイルデバイスにて表示された画像データからスライス画像を取得し、直接的に３次元画像を得ることができるようにしたものである。
【符号の説明】
【００３７】
１０……モバイルデバイス用３次元プリンター、１２……モバイルデバイス、１４……外枠フレーム、１６……モデリングルーム、１８……造形ステージ、２０……プロセッシングルーム、２２……側壁部材、２４……仕切部材、２６……はみ出し部分、２８……液晶ディスプレイ、３０……クロコン酸非線形光学結晶体、３２……シート体、３４……無アルカリガラス、３６……側壁部材、３８……インロー構造、４０……側壁部材、４２……インロー構造、４４……マザーボード、４６……ＣＰＵ、４８……メモリ、５０……ＷｉＦｉ、５２……ブルートゥース（登録商標）、５４……ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、５６……スクリューシャフト、５８……モータ、６０……酸素層、６２……液状樹脂層、６４……３次元造形モデル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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