(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度変化によって可逆的かつ急速にゾル−ゲル相転移を引き起こす機能を有する可逆的急速相転移性樹脂成分と、光照射により硬化する光硬化性成分と、を含む光造形法用の樹脂組成物を使用して光造形法を実施するための装置であって、
内部にヒーターが設けられ、貯留している樹脂組成物を加熱し、流動性のあるゾル状態とするように構成された、樹脂組成物を供給するための供給用タンクと、前記供給用タンクへと樹脂組成物を補充するように構成された補充用タンクと、前記供給用タンク内の樹脂組成物の量を計測する計測手段と、前記補充用タンクによる補充量を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段が、前記計測手段から出力される信号に応じて前記補充量を制御するようになっていることを特徴とする光造形装置。
【請求項２】
温度変化によって可逆的かつ急速にゾル−ゲル相転移を引き起こす機能を有する可逆的急速相転移性樹脂成分と、光照射により硬化する光硬化性成分と、を含む光造形法用の樹脂組成物を使用して光造形法を実施するための装置であって、
樹脂組成物を加熱するための加熱手段と、当該加熱手段を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段が、造形作業が終了すると前記加熱手段を停止させるようになっていることを特徴とする光造形装置。
【請求項３】
温度変化によって可逆的かつ急速にゾル−ゲル相転移を引き起こす機能を有する可逆的急速相転移性樹脂成分と、光照射により硬化する光硬化性成分と、を含む光造形法用の樹脂組成物を使用して光造形法を実施するための装置であって、
樹脂組成物を供給するための供給用タンクと、前記供給用タンクへと樹脂組成物を補充するように構成された補充用タンクと、前記供給用タンク内の樹脂組成物の量を計測する計測手段と、樹脂組成物を加熱するための加熱手段と、前記補充用タンクによる補充量及び前記加熱手段を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段が、前記計測手段から出力される信号に応じて前記補充量を制御し、且つ、造形作業が終了すると前記加熱手段を自動的に停止させるようになっていることを特徴とする光造形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度変化によって可逆的かつ急速にゾル−ゲル相転移を引き起こす機能を有する可逆的急速相転移性樹脂成分を含む樹脂組成物に、光を照射することによって立体的な造形物を形成するという、光造形法を実施するための光造形装置に関し、特に、可逆的急速相転移性樹脂成分を含む光造形法用樹脂組成物を使用した光造形法を、好適に実施することができる光造形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光造形法用の樹脂組成物として、様々な種類のものが開発され、実用に供されている。例えば、特開２００１−４９１２９号公報には、温度変化によって可逆的かつ急速にゾル−ゲル相転移を引き起こす機能を有する「可逆的急速相転移性樹脂成分」と、光照射により硬化する「光硬化性成分」とを含むことを特徴とする光造形法用樹脂組成物に関連する技術が開示されている。
【０００３】
また、この公報には、「可逆的急速相転移性樹脂成分を含む光造形法用樹脂組成物」の具体例として、「常温でゲル状態であり、かつ、約８０℃でゾル状態に変移する組成物（成分：ウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂、シンジオタクチックポリメチルメタクリレート、及び、アイソタクチックポリメチルメタクリレート）」を好適に使用できること、更に、このような光造形法用樹脂組成物を用いれば、サポート等の部品の成形を行うこと無く、しかも優れた成形サイクルにて、多様な形状、構造の造形物を成形できる、ということが記載されている。
【０００４】
この公報に記載されているような、「常温でゲル状態であり、かつ、約８０℃でゾル状態に変移する、可逆的急速相転移性樹脂成分を含む光造形法用樹脂組成物」を使用した光造形法は、例えば、図４に示すような光造形装置５０を用いることによって実施することができる。
【０００５】
この光造形装置５０は、基本的には、図示されているように、樹脂供給部５１、供給口５２、ガイド５３、リコータ５４、エレベータ５５、サイドエッジ５６、樹脂回収部５７、回収口５８、断熱プレート５９、及び、図示しない供給用タンク、露光手段並びに制御手段等によって構成されている。
【０００６】
そして、この光造形装置５０は、（イ）エレベータの降下、（ロ）樹脂組成物の搬送・供給、（ハ）塗布及び表面の均し、（ニ）光照射、という工程を順次実行するとともに、これら一連の手順を必要な回数だけ繰り返し実行することによって、上記樹脂組成物を使用した光造形法を実施できるようになっている。
【０００７】
尚、これらの各工程における作業は、それぞれ次のような要領で実施される。
［イ  エレベータの降下］
まず、図５の（１）に示されているように、エレベータ５５を一点鎖線で示す基準面Ｂ（樹脂供給部５１、サイドエッジ５６、及び、樹脂回収部５７の上面と一致する面）から一層分（例えば、０．２ｍｍ）降下させる。
【０００８】
［ロ  樹脂組成物の搬送・供給］
そして、リコータ５４が樹脂供給部５１の供給口５２よりも外側（図５において右側）にある状態において、所定量の樹脂組成物６４を、供給用タンクから樹脂供給管６３及び供給口５２を介して、樹脂供給部５１の上面に供給する。
【０００９】
［ハ  塗布及び表面の均し］
次に、図５の（２）に示すように、リコータ５４を、樹脂供給部５１側から樹脂回収部５７側へと移動させることによって、エレベータ上面５５ａ（或いは、既にエレベータ５５上に積層された下位の樹脂組成物層の上面）の全面に、樹脂組成物６４を均一な厚さにて塗布、供給する。
【００１０】
［ニ  光照射］
そして、この状態で露光手段を用いて描画的な光照射を行い、樹脂組成物６４の一部を光硬化させる。
【００１１】
以上のような工程イ〜ニを、必要な回数だけ繰り返し実行し、これによって、作製しようとする立体造形物の形成が終了したら、最後に、未硬化樹脂の除去を行う。
【００１２】
尚、上記の工程において、リコータ５４による塗布の際に生じる樹脂組成物の余剰分６４ｃは、図５の（３）に示されているように、塗布工程の終端側（図５において左側）に設けられた回収口５８より回収されるようになっている。
【００１３】
また、供給用タンクは、 樹脂回収部５７よりも低い位置に配置され、樹脂回収管６１は、樹脂回収部５７から供給用タンクにかけて、下方へ延出するような構成となっているので、回収口５８より回収された樹脂組成物６４の余剰分６４ｃは、樹脂回収管６１を通り、自重のみによって供給用タンクへと戻され、速やかに再利用されるようになっている。
【００１４】
ところで、この光造形装置５０においては、供給用タンクや樹脂組成物の搬送経路上（樹脂供給管６３、樹脂供給部５１、リコータ５４、樹脂回収部５７、樹脂回収管６１等）に、加熱手段が設けられている。これは、使用される樹脂組成物が、「常温」という温度条件下では、「ゲル状態」（いわゆる「寒天状」）となってしまい、この状態のままでは、搬送経路上を円滑に搬送したり、エレベータ５５の上面に供給して均したりすることが困難であるので、これを回避するため、樹脂組成物を加熱によって流動性を有する「ゾル状態」へと変移させた状態にしておく必要があるからである。
【００１５】
一方、エレベータ５５には加熱手段は設けられていない。このため、エレベータ５５上に供給され、リコータ５４によって表面を均された樹脂組成物６４は、３０秒から１分程度経過すると、常温下でゲル化、即ち、ゾル状態からゲル状態へと変移することになる。そして、ゲル状態に変移したその樹脂組成物に対して描画的な光照射を行うことにより、樹脂組成物を部分的に光硬化させる。このとき、光照射が行われなかった部分については、当然、光硬化しないことになるが、常温下でゲル化しているため、この樹脂組成物の層の上に、新たに樹脂組成物層を形成した場合、下位の層は、光硬化した部分のみならず、光硬化していない部分を含めて、全面的に上位の層を支えることとなる。そして、光硬化していないゲル状態の部分は、加熱することにより、簡単に除去することができる。
【００１６】
尚、二つの断熱プレート５９は、前記加熱手段より生じる熱が、エレベータ５５及びその上に積層された樹脂組成物６４へと伝導してしまうことを好適に遮断し、積層後における樹脂組成物６４のゾル化を防止するために設けられている。
【００１７】
光造形装置５０は、以上のような構成となっているため、オーバーハングを有する造形物や、第１の部材の中空内部に、これとは物理的に独立した第２の部材を有するような、複雑な造形物などであっても、サポート等の部品の成形を行うことなく、好適に作製することができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上に説明したような光造形装置は、供給用タンクや搬送経路上において、樹脂組成物を常に加熱するようになっているため、樹脂組成物を長時間の加熱によって劣化させてしまうという問題を有している。
【００１９】
樹脂組成物が劣化してしまうと、造形精度が低下するといった問題を生じてしまうほか、樹脂組成物が光照射を行わなくても硬化してしまうため、樹脂供給管等を詰まらせ、樹脂組成物を円滑に搬送することができなくなってしまうといった問題も生じさせてしまうことになる。
【００２０】
また、加熱によって生じる樹脂組成物の劣化を回避するためには、造形作業の終了後速やかに、樹脂組成物への加熱を止めることが望ましいが、光造形法による造形作業は、相当の時間を必要とするため、自動運転によって行われることが多いこと、作業の終了が深夜になる場合も多いこと、作業者が常駐することは稀であること等から、作業の終了後速やかに、その加熱を停止することが難しかった。
【００２１】
そのため、造形作業の終了後においても、搬送経路上に残留した樹脂組成物が、加熱手段によって長時間加熱され続けるため、このことによっても、先に述べたような、樹脂組成物を劣化させてしまうという問題が生じていた。
【００２２】
さらに、このような光造形装置においては、前述したように、供給用タンクに加熱手段が設けられており、常温下でゲル状態になっている樹脂組成物をタンク内に投入した後、これをタンク内で十分に加熱し、流動性を有するゾル状態に変移させた上で、樹脂供給部５１へと送出するようになっているが、大量の樹脂組成物をタンク内へ一度に投入した場合には、ウォーミングアップ完了まで（即ち、円滑に送出できるような流動性が得られるまで）、かなりの時間がかかり、成形作業の遅延化を招いてしまうという問題も有していた。
【００２３】
本発明は、上記のような従来の光造形装置における問題点を解決すべくなされたものであって、長時間の加熱によって生じる樹脂組成物の劣化を回避し、更に、ウォーミングアップ時間を短縮することができるように構成した光造形装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の光造形装置は、温度変化によって可逆的かつ急速にゾル−ゲル相転移を引き起こす機能を有する可逆的急速相転移性樹脂成分と、光照射により硬化する光硬化性成分と、を含む光造形法用の樹脂組成物を使用して光造形法を実施するための装置であって、内部にヒーターが設けられ、貯留している樹脂組成物を加熱し、流動性のあるゾル状態とするように構成された、樹脂組成物を供給するための供給用タンクと、供給用タンクへと樹脂組成物を補充するように構成された補充用タンクと、供給用タンク内の樹脂組成物の量を計測する計測手段と、補充用タンクによる補充量を制御する制御手段とを有し、制御手段が、計測手段から出力される信号に応じて補充量を制御することによって、供給用タンク内の樹脂組成物の劣化を回避すること、及び、ウォーミングアップの時間を大幅に短縮すること、ができるように構成されていることを特徴としている。
【００２５】
また、本発明の請求項２に記載の光造形装置は、樹脂組成物を加熱するための加熱手段と、加熱手段を制御する制御手段とを有し、制御手段が、造形作業が終了すると加熱手段を停止させることによって、供給用タンクや搬送経路上に残留した樹脂組成物の劣化を回避することができるように構成されていることを特徴としている。
【００２６】
更に、本発明の請求項３に記載の光造形装置は、樹脂組成物を供給するための供給用タンクと、供給用タンクへと樹脂組成物を補充するように構成された補充用タンクと、供給用タンク内の樹脂組成物の量を計測する計測手段と、樹脂組成物を加熱するための加熱手段と、補充用タンクによる補充量及び加熱手段を制御する制御手段とを有し、制御手段が、計測手段から出力される信号に応じて補充量を制御し、且つ、造形作業が終了すると加熱手段を自動的に停止させることによって、供給用タンクや搬送経路上に残留した樹脂組成物の劣化を回避すること、及び、ウォーミングアップの時間を大幅に短縮すること、ができるように構成されていることを特徴としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光造形装置の要部を示す断面斜視図である。
【００２８】
この図において１は、樹脂供給部、２は供給口、３はガイド、４はリコータ、５はエレベータ、６はサイドエッジ、７は樹脂回収部、８は回収口、９は断熱プレートである。これらの構成要素の詳細については、先に説明した従来の光造形装置５０（図４、図５参照）と変わるところが無いので、これらの説明は省略する。
【００２９】
図２は、この光造形装置に用いる供給用タンク１５及び補充用タンク１７の切欠斜視図である。この供給用タンク１５は、造形作業に必要な量の樹脂組成物を、供給管（図示せず）を介して、樹脂供給部１へと供給するようになっている。また、この供給用タンク１５は、図１に示した樹脂回収部７よりも低い位置に配置されており、回収口８より回収管（図示せず）を介して落下してきた余剰分の樹脂組成物を受け入れるようになっている。
【００３０】
図示されているように、供給用タンク１５の内部には、ヒーター１６が設けられており、貯留している樹脂組成物を加熱し、流動性のある「ゾル状態」とするようになっている。また、ここでは図示されないが、供給用タンク１５には、供給用タンク１５内の樹脂組成物の量を計測する計測手段として、重量センサーが取り付けられており、この重量センサーは、計測した値に基いて信号を出力するようになっている。
【００３１】
補充用タンク１７は、供給用タンク１５へと樹脂組成物を補充するためのものであり、供給用タンク１５の上方に配置され、その底面が開放された状態となっている。また、１８は、棒状のストッパーであり、図示されているように、補充用タンク１７の内部下側に取り付けられている。このストッパー１８は、補充用タンク１７内に収容した樹脂組成物１４が、開放された底面から落下しないようにするためのものであるが、電力を供給すると発熱するようになっている。
【００３２】
ここで、本実施形態に係る光造形装置による造形作業における、供給用タンク１５及び補充用タンク１７の作用について説明する。造形作業が行われる場合、まず最初に、造形作業に使用にする樹脂組成物１４を、供給用タンク１５及び補充用タンク１７へと投入する。
【００３３】
尚、この時点において供給用タンク１５へと投入される樹脂組成物１４は、必要最小限の量であることが好ましい。これは、樹脂組成物１４の量が少なければ、供給用タンク１５内すべての樹脂組成物を「ゾル状態」へと変移させるまでの時間が短くなるので、ウォーミングアップの時間を短縮することができる上、必要量以上の樹脂組成物１４を加熱しないことになるため、長時間の加熱によって生じる樹脂組成物１４の劣化を回避することができるからである。
【００３４】
供給用タンク１５へと投入された樹脂組成物１４は、ヒーター１６によって「ゾル状態」とされて、樹脂供給部１へと供給され、造形作業に使用する。一方、補充用タンク１７へと投入された樹脂組成物１４は、この時点においては加熱されていないので、ゲル状態（寒天状）となっている。このため、補充用タンク１７内の樹脂組成物１４は、図３の（ａ）において示すように、二本のストッパー１８によってその全体が支持され、供給用タンク１５へと落下しないようになっている。
【００３５】
その後、光造形装置による造形作業が進み、供給用タンク１５内の樹脂組成物が使用に供されて所定量以下となると、制御手段は、重量センサーからの信号によってこれを検知し、ストッパー１８へと電力の供給を行う。これにより、補充用タンク１７内の樹脂組成物１４は、ストッパー１８の周辺より、ゲル状態から流動性のあるゾル状態へと変移し、図３の（ｂ）で示されるように、補充用タンク１７から、その下方に配置された供給用タンク１５へと落下することになる。
【００３６】
また、補充用タンク１７からの樹脂組成物１４の補充が行われることにより、今度は、供給用タンク１５内の樹脂組成物１４が所定量以上となると、制御手段は、重量センサーからの信号によってこれを検知し、ストッパー１８への電力の供給を停止する。これにより、補充用タンク１７内の樹脂組成物１４は、ゾル状態へと変移しなくなり、供給用タンク１５へと落下しないことになる。
【００３７】
このように、本実施形態に係る光造形装置は、制御手段によってストッパー１８を制御し、補充用タンク１７から供給用タンク１５へと補充される樹脂組成物１４の量を調整するようになっているので、供給用タンク１５において必要量以上の樹脂組成物１４を加熱せず、長時間の加熱によって生じる樹脂組成物１４の劣化を回避することができる。
【００３８】
また、補充用タンク１７から供給用タンク１５へと、適宜、樹脂組成物を補充することができるので、従来の光造形装置のように、大量の樹脂組成物を供給用タンク内へ一度に投入しないで済み、ウォーミングアップの時間を大幅に短縮することができる。
【００３９】
尚、供給用タンク１５内の樹脂組成物の計測手段として、以上に説明したような重量センサー以外にも、液面センサーを使用することも可能である。液面センサーを使用する場合、この液面センサーは、供給用タンク１５に取り付けられ、供給用タンク１５内の液面位置が所定の位置より高い場合及び低い場合に、信号を出力するようになっている。
【００４０】
そして、液面センサーからの信号を受ける制御手段は、供給用タンク１５における樹脂組成物の液面が所定の位置よりも低いという信号を受けた場合には、ストッパー１８へと電力を供給するように、逆に、所定の位置よりも高いという信号を受けた場合には、ストッパー１８への電力を停止するようになっており、これにより、ストッパー１８を制御するようになっている。
【００４１】
このように、計測手段として、液面センサーを使用することによっても、供給用タンク１５内の樹脂組成物の量を計測することが可能である。
【００４２】
また、本実施形態においては、制御手段によってストッパー１８を制御することにより、補充用タンク１７から供給用タンク１５へと、樹脂組成物を補充するようになっているが、樹脂組成物の補充は、他の方法によって行うことも可能である。
【００４３】
例えば、ゲル状態の樹脂組成物を、適宜、補充用タンク１７から物理的に押し出すようにして、供給用タンク１５へと補充するような構成としても良い。要は、必要となる樹脂組成物を、適宜、補充用タンク１７から供給用タンク１５へと補充することができるような構成となっていれば良いのであって、このような構成であれば、いかなる方法・手段によるものであっても適用することができる。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る光造形装置は、制御手段によって、樹脂組成物を加熱するための加熱手段を、造形作業の終了後速やかに、停止させるように構成したことを特徴としている。
【００４５】
樹脂組成物を加熱するための加熱手段（図示せず）は、樹脂組成物をゾル状態として円滑に搬送するため、供給用タンク１５や樹脂組成物が搬送される搬送経路上（樹脂供給部１、供給口２、リコータ４、回収口８、樹脂回収部７等）に設けられている。
【００４６】
また、制御手段（図示せず）は、造形作業が終了すると、これら加熱手段を自動的に停止させるようになっている。
【００４７】
そのため、本実施形態に係る光造形装置は、造形作業の終了後速やかに、加熱手段を停止させることができるので、供給用タンクや搬送経路上に残留した樹脂組成物を加熱し続けることがなく、長時間の加熱によって生じる樹脂組成物の劣化を回避することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本実施形態に係る光造形装置は、制御手段によってストッパーを制御し、補充用タンクから供給用タンクへと補充される樹脂組成物の量を調整するようになっているので、供給用タンクにおいて必要量以上の樹脂組成物を加熱しないため、長時間の加熱による樹脂組成物の劣化を回避することができる。
【００４９】
また、補充用タンクから供給用タンクへと、適宜、樹脂組成物を補充することができるので、従来の光造形装置のように、大量の樹脂組成物を供給用タンク内へ一度に投入しないで済み、ウォーミングアップの時間を大幅に短縮することができる。
【００５０】
さらに、本実施形態に係る光造形装置は、造形作業の終了後速やかに、加熱手段を停止させることができるので、供給用タンクや搬送経路上に残留した樹脂組成物を加熱し続けることがなく、長時間の加熱による樹脂組成物の劣化を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係る光造形装置の要部断面斜視図。
【図２】  本発明の第１の実施形態に係る光造形装置に用いられる供給用タンク１５及び補充用タンク１７を示す一部切欠斜視図。
【図３】  補充用タンク１７における樹脂組成物１４の変移の様子を示した図
【図４】  従来の光造形装置５０の要部斜視断面図。
【図５】  従来の光造形装置５０の作動態様の説明図。
【符号の説明】
１，５１：樹脂供給部、
２，５２：供給口、
３，５３：ガイド、
４，５４：リコータ、
５，５５：エレベータ、
５５ａ：エレベータ上面、
６，５６：サイドエッジ、
７，５７：樹脂回収部、
８，５８：回収口、
９，５９：断熱プレート、
６１：樹脂回収管、
６３：樹脂供給管、
１４，６４：樹脂組成物、
６４ｃ：余剰分、
１５：供給用タンク、
１６：ヒーター、
１７：補充用タンク、
１８：ストッパー、
５０：光造形装置、
Ｂ：基準面、
【図１】
0003898563.tif 000002
【図２】
0003898563.tif 000003
【図３】
0003898563.tif 000004
【図４】
0003898563.tif 000005
【図５】
0003898563.tif 000006