(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光造形データに従って光不透過性材料を板状の光透過性部材に転写させてマスクを作成する作成ステージと、マスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を露光する露光ステージと、板状の光透過性部材に作成された光不透過性材料を消去する消去ステージと、露光ステージとマスク消去ステージとの間に設けられた板状の光透過性部材の待機ステージと、各ステージを繰り返し操作する制御手段と、作成ステージ、露光ステージ、待機ステージおよび消去ステージを同一面内の４隅に配列し、搬送ローラ等の移動手段を用いて、光透過性部材を、その方向に移動させる手段とを備えたことを特徴とする光造形装置。
【請求項２】
光造形データに従って光不透過性材料を板状の光透過性部材に転写させてマスクを作成する作成ステージと、マスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を露光する露光ステージと、板状の光透過性部材に作成された光不透過性材料を消去する消去ステージと、露光ステージとマスク消去ステージとの間に設けられた板状の光透過性部材の待機ステージと、各ステージを繰り返し操作する制御手段と、作成ステージ、露光ステージおよび待機ステージを直線的に配列し、待機ステージの位置で光透過性部材を上昇し、この光透過性部材を露光ステージの真上に搬送し、ここに消去ステージを備え、消去済みの光透過性部材を作成ステージの真上に引き出し、ここから作成ステージまで降下させる手段とを備えたことを特徴とする光造形装置。
【請求項３】
光造形データに従って光不透過性材料を光透過性部材に転写させてマスクを作成する作成ステージと、マスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を露光する露光ステージと、光透過性部材に作成された光不透過性材料を消去する消去ステージと、各ステージを繰り返し操作する制御手段とを備え、光透過性部材がドラム状であって、ドラムの外周部に、作成ステージ、露光ステージおよび消去ステージの各ステージが割り当てられ、ドラムを回転する手段を備えたことを特徴とする光造形装置。
【請求項４】
消去手段が、光不透過性材料を拭き取って消去する手段、光不透過性材料を熱で溶融させて消去する手段、溶剤で溶融させて消去する手段のうちのいずれか一つの手段、もしくは複数の手段の組み合わせであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項記載の光造形装置。
【請求項５】
板状の光透過性部材が、ガラス板、ポリカーボネイト板、硬質塩化ビニル板、アクリル板、ＰＥＴ板のいずれかであることを特徴とする請求項１、２または４に記載の光造形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスクパターンに従って光硬化性樹脂を面露光し、光造形を行う光造形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光造形に関するデータを出力する三次元ＣＡＤ等を備え、この三次元ＣＡＤ等からのデータに従って、光硬化性樹脂を半導体レーザ等のレーザ光で露光して、光造形を行う光造形装置が知られている。
【０００３】
この種のものは、一層分の樹脂の露光及び硬化に要する時間が長くなるため、近年、高速造形を目的としてマスクを作成し、このマスクパターンに従ってＵＶランプにより光硬化性樹脂を面露光するものが提案されている。
【０００４】
この面露光装置は、光透過性部材に静電トナーを用いてマスクを形成し、これを未硬化樹脂層の上に重ねて、マスク越しに紫外光を照射して光硬化性樹脂を一度に面露光するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来では、光透過性部材に静電トナーを用いてマスクを作成するため、マスク作成手段として、消磁ヘッド、トナースクレーパ、帯電ヘッド及び現像器等が必要になり、さらに、トナースクレーパを覆うカバーや、このカバーにトナー吸引ホースを介して接続された吸引機が必要になるため、マスク作成手段が大型化する等の問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、簡単な構成によって、マスクを作成し、それを消去できる光造形装置および光造形方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、光造形データに従って光不透過性材料を板状の光透過性部材に転写させてマスクを作成する作成ステージと、マスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を露光する露光ステージと、板状の光透過性部材に作成された光不透過性材料を消去する消去ステージと、露光ステージとマスク消去ステージとの間に設けられた板状の光透過性部材の待機ステージと、各ステージを繰り返し操作する制御手段と、作成ステージ、露光ステージ、待機ステージおよび消去ステージを同一面内の４隅に配列し、搬送ローラ等の移動手段を用いて、光透過性部材を、その方向に移動させる手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、光造形データに従って光不透過性材料を板状の光透過性部材に転写させてマスクを作成する作成ステージと、マスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を露光する露光ステージと、板状の光透過性部材に作成された光不透過性材料を消去する消去ステージと、露光ステージとマスク消去ステージとの間に設けられた板状の光透過性部材の待機ステージと、各ステージを繰り返し操作する制御手段と、作成ステージ、露光ステージおよび待機ステージを直線的に配列し、待機ステージの位置で光透過性部材を上昇し、この光透過性部材を露光ステージの真上に搬送し、ここに消去ステージを備え、消去済みの光透過性部材を作成ステージの真上に引き出し、ここから作成ステージまで降下させる手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、光造形データに従って光不透過性材料を光透過性部材に転写させてマスクを作成する作成ステージと、マスク越しに光硬化性樹脂の未硬化樹脂層を露光する露光ステージと、光透過性部材に作成された光不透過性材料を消去する消去ステージと、各ステージを繰り返し操作する制御手段とを備え、光透過性部材がドラム状であって、ドラムの外周部に、作成ステージ、露光ステージおよび消去ステージの各ステージが割り当てられ、ドラムを回転する手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項記載のものにおいて、光不透過性材料を拭き取って消去する手段、光不透過性材料を熱で溶融させて消去する手段、溶剤で溶融させて消去する手段のうちのいずれか一つの手段、もしくは複数の手段の組み合わせであることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１、２または４に記載のものにおいて、板状の光透過性部材が、ガラス板、ポリカーボネイト板、硬質塩化ビニル板、アクリル板、ＰＥＴ板のいずれかであることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１において、１は光造形装置を示し、この光造形装置１は、三次元ＣＡＤ等からなる制御手段（図示せず）を備えている。この光造形装置１はマスク作成手段３と、露光手段５とを備えて構成されている。
【００１６】
マスク作成手段３は、作成ステージ４において、厚い板状の透明ガラス板（光透過性部材）７の上面に接触して配置される光不透過性を有した熱転写インクリボン８と、この熱転写インクリボン８の上面を矢印の方向に走査する熱プリンタヘッド（作成手段）９とを備えて構成されている。
【００１７】
ここで、厚板状の透明ガラス板７は、例えば、ポリカーボネイト板、硬質塩化ビニル板、アクリル板、ＰＥＴ板等であってもよいが、インク（光不透過性材料）を転写し易く、それを消去し易く、しかも傷付き難い等の観点からは、ガラス板、又はポリカーボネイト板が好適である。
【００１８】
図示を省略したコンピュータからの光造形データに従って、熱プリンタヘッド９を走査し、透明ガラス板７に対し、熱転写インクリボン８のインクを熱転写させてマスクを作成する。８Ａは熱転写インクリボン８の供給側のローラであり、８Ｂはその巻取り側のローラである。
【００１９】
このインク転写された透明ガラス板７は、図示を省略した、例えば、搬送ローラ等の移動手段を介して、露光ステージ１０に送られる。
【００２０】
この露光ステージ１０においては、透明ガラス板７の上方に、光源１１および集光レンズ１２が配置され、透明ガラス板７の下方に、投影レンズ１３が配置され、この投影レンズ１３の下方には、光硬化性樹脂の未硬化樹脂層１５が配置されている。未硬化樹脂層１５は、一対のローラ１６Ａ，１６Ｂ間に巻かれたフィルム１６Ｃの下面に形成され、ローラ１６Ａ，１６Ｂが矢印方向に駆動されると、未硬化樹脂層１５が投影レンズ１３の真下に順に繰り出される。
【００２１】
上記の光源１１は、例えば、水銀ランプ、メタルハライドランプ、或いは紫外線蛍光灯等からなっている。
【００２２】
露光ステージ１０に送られた透明ガラス板７には、例えば、円形１４およびＬ字形１７以外の部分に光不透過性を有したインクが転写されており、光源１１からの光で露光されると、円形１４およびＬ字形１７の部分を通過した光が、投影レンズ１３を介して、光硬化性樹脂の未硬化樹脂層１５に投影される。これによって、未硬化樹脂層１５が硬化する。
【００２３】
未硬化樹脂層１５が硬化すると、上述したように、一対のローラ１６Ａ，１６Ｂが矢印方向に駆動されて、次工程のため、新たな未硬化樹脂層１５が投影レンズ１３の真下に繰り出される。
【００２４】
露光ステージ１０を経た透明ガラス板７は、同じく搬送ローラ等の移動手段を介して、待機ステージ１２に送られる。
【００２５】
この待機ステージ１２を経た透明ガラス板７は、同じく搬送ローラ等の移動手段を介して、消去ステージ１８に送られる。
【００２６】
この消去ステージ１８では、透明ガラス板７に転写されたインクが、機械的に拭き取られる。すなわち、この消去ステージ１８には、透明ガラス板７の表面上を転動可能に構成された消去装置１９が配置され、この消去装置１９を転動させることによって、その外周材でインクを機械的に拭き取る。この場合、透明ガラス板７は表面が堅いため、きずが付きにくい。
【００２７】
インクが消去された透明ガラス板７は、上記の回転テーブル等の移動手段を介して、再び、作成ステージ４に送られる。
【００２８】
そして、この作成ステージ４で、再び、図示を省略したコンピュータからの光造形データに従って、熱プリンタヘッド９を走査し、熱転写インクリボン８のインクを熱転写させてマスクを作成する。
【００２９】
以降、上記各操作が繰り返され、図示を省略したコンピュータからの光造形データに従う形状を有した光造形が行われる。
【００３０】
上述したインクの消去工程は重要な工程である。この工程でインクが完全に消去されず、透明ガラス板７に光不透過性を有したインクが残った場合、次工程での光造形が不完全になるからである。この消去手段としては、上述したように、インクを直接的に拭き取って消去する手段のほかに、例えば、インクを熱で溶融させた後、それを拭き取ったり、或いは水やアルコール等の溶剤でインクを溶融させた後、それを拭き取ったりしてもよい。また、インクを熱で溶融させるだけ、或いは溶剤でインクを溶融させるだけで消去してもよい。
【００３１】
或いは、透明ガラス板７に対し、いわゆる超音波洗浄を行って、これにより、該インクを除去するように構成してもよい。
【００３２】
本実施形態では、厚板状の透明ガラス板７に、光不透過性を有したインクを熱転写させてマスクを作成するため、例えば、静電トナーによるマスクに比べ、コントラストが明瞭になり、光透過部と光不透過部との境界が明確化し、光造形物の輪郭を精度よく仕上げることができる。
【００３３】
また、上述した熱転写マスク方式に必要な、熱プリンタヘッド９の価格は安価であるために、例えば、静電トナーによるマスク方式と比べて、光造形装置を低価格で提供することができる。
【００３４】
熱転写マスク方式としたため、作成ステージ４および消去ステージ１８の構造が簡素化し、マスク作成手段の小型化が図れる。
【００３５】
上記構成では、作成ステージ４、露光ステージ１０、待機ステージ１２および消去ステージ１８を同一面内の４隅に配列し、搬送ローラ等の移動手段を用いて、透明ガラス板７を、その方向に移動させていたが、これに限定されず、例えば、作成ステージ４、露光ステージ１０および消去ステージ１８を直線的に配列してもよい。この場合、移動手段に、例えば、チェーンベルト、エアーシリンダ或いはリニアモータ等の往復動アクチュエータが採用される。
【００３６】
また、例えば、作成ステージ４、露光ステージ１０および待機ステージ１２を直線的に配列し、待機ステージ１２の位置で厚板状の透明ガラス板７を上昇し、この透明ガラス板７を露光ステージ１０の真上に搬送し、ここに消去ステージ１８を備え、消去済みの透明ガラス板７を作成ステージ４の真上に引き出し、ここから作成ステージ４まで降下させる構成としてもよい。
【００３７】
光透過性部材（透明ガラス板）７は、平板状に限定されるものではなく、例えば、ドラム状であってもよい。この場合、ドラムの外周部に、作成ステージ４、露光ステージ１０および消去ステージ１８の各ステージが割り当てられ、ドラムの回転手段が移動手段を構成する。
【００３８】
上記構成では、光硬化性樹脂の未硬化樹脂層１５と、露光ステージ１０との間が所定距離離れて規定されており、投影レンズ１３からなる光学系を用いてマスク越しに未硬化樹脂層１５が面露光される。
【００３９】
そのため、例えば、未硬化樹脂層１５にマスクを密着させて面露光する場合に比べ、エッジ部の露光ぼけが抑制される等の効果が得られる。
【００４０】
図２は、別の実施形態を示す。
【００４１】
この実施形態では、光硬化性樹脂の未硬化樹脂層１５が、樹脂液槽３１内に形成されている。この樹脂液槽３１内にはリフタ３２が配置され、このリフタ３２上にはテーブル３３が配置されると共に、この樹脂液槽３１内には光硬化性樹脂が液状態で満たされている。ほかの構成は図１に示すものと略同じである。
【００４２】
上述した透明ガラス板７が露光ステージ１０に送られて、光源１１からの光で露光されると、円形１４およびＬ字形１７の部分を通過した光が、投影レンズ１３を介して、光硬化性樹脂の未硬化樹脂層１５に投影される。これによって、未硬化樹脂層１５が硬化する。
【００４３】
本実施形態では、未硬化樹脂層１５が硬化すると、テーブル３３が所定距離だけ降下されて、テーブル３３上には、その所定距離に相当する厚さの未硬化樹脂層１５が形成される。ほかの動作は図１に示すものと略同じである。
【００４４】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものでないことは明らかである。
【００４５】
例えば、上記実施形態では、造形物を上下に積層・造形する光造形について説明したが、造形物が大型化した場合には、上下に積層せずに、横方向に積層して光造形することが可能である。この場合、光学系も同様に横向きに配置されることはいうまでもない。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、マスク作成手段が小型化すると共に、簡単な構成で、マスクを作成し、それを消去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光造形装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】別の実施形態を示す正面図である。
【符号の説明】
１  光造形装置
３  マスク作成手段
４  作成ステージ
５  露光手段
７  透明ガラス板（光透過性部材）
８  熱転写インクリボン
９  熱プリンタヘッド（作成手段）
１０  露光ステージ
１１  光源
１２  集光レンズ
１３  投影レンズ
１５  未硬化樹脂層
１８  消去ステージ
１９  消去装置
【図１】
0003905396.tif 000002
【図２】
0003905396.tif 000003