(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状の光硬化樹脂に光を照射して、該光硬化樹脂を所望の形状に硬化させる光造形加工法において、
光硬化樹脂の硬化プロセス中に、硬化した光硬化樹脂の上にマイクロマシン用の回転体または摺動体を載置し、この状態から硬化プロセスを続行することにより、前記マイクロマシン用の回転体または摺動体を、硬化した光硬化樹脂で回転自在または摺動自在に支持させるようにした、
ことを特徴とする光造形加工法。
【請求項２】
前記回転体がタービンまたは歯車である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光造形加工法。
【請求項３】
液状の光硬化樹脂に光を照射して、該光硬化樹脂を所望の形状に硬化させる光造形加工法において、
光硬化樹脂の硬化プロセス中に、硬化した光硬化樹脂の上にマイクロマシン用のセンサまたは回路素子を載置し、この状態から硬化プロセスを続行することにより、前記マイクロマシン用のセンサまたは回路素子を、硬化した光硬化樹脂で固定するようにした、
ことを特徴とする光造形加工法。
【請求項４】
液状の光硬化樹脂に光を照射することにより該光硬化樹脂を所望の形状に硬化させる光造形加工法を用いて製作される装置であって、
光硬化樹脂の硬化プロセス中に、硬化した光硬化樹脂の上にマイクロマシン用の回転体または摺動体を載置し、この状態から硬化プロセスを続行することにより、前記マイクロマシン用の回転体または摺動体を、硬化した光硬化樹脂で回転自在または摺動自在に支持してなる装置。
【請求項５】
前記回転体がタービンまたは歯車である、
ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
液状の光硬化樹脂に光を照射して、該光硬化樹脂を所望の形状に硬化させる光造形加工法において、
光硬化樹脂の硬化プロセス中に、硬化した光硬化樹脂の上にマイクロマシン用のセンサまたは回路素子を載置し、この状態から硬化プロセスを続行することにより、前記マイクロマシン用のセンサまたは回路素子を、硬化した光硬化樹脂で固定してなる装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光造形加工法および該加工法により製作される装置に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
たとえば歯車等の機械部品、タービンやフィルタ等の流体素子を樹脂製ケース内に組み込んで機械装置や流体装置を構成する一般的な手法としては、予め樹脂成形された割型ケースを用意し、一方の割型ケース内に機械部品または流体素子を組み込んだ後、他方の割型ケースを一方の割型ケースに取付固定するようにしている。
【０００３】
ところが、このような手法の場合、割型ケースや機械部品等が非常に複雑な形状をしているときには、成形金型の形状も複雑になり、コスト高になる。また装置本体が、上記手法による組立てが困難なほど複雑な形状をしている場合には、上記手法による組立てを行うことができない。
【０００４】
さらに、装置自体がマイクロマシンを構成するような小形の装置である場合には、機械部品や流体素子も非常に小さなものになるので、装置の組立てに顕微鏡等を用いなければならず、ミクロンオーダーの超精密な組立作業が必要になって、組立てが容易ではない。また、各割型ケースの合わせ面に隙間が形成されている場合には、運転時にこの隙間からケース内部の潤滑材や流体がケース外部に漏れる恐れがある。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、その目的は、物体を内部に収容してなる装置において複雑な形状を安価に製作できるようにすることにある。また、本発明の他の目的は、当該装置において組立てが困難な形状・構造・サイズのものでも容易に製作できるようにすることにある。さらに、本発明の別の目的は、当該装置において潤滑材や流体の外部への漏れを確実に防止できるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る光造形加工法は、液状の光硬化樹脂に光を照射して、該光硬化樹脂を所望の形状に硬化させる光造形加工法において、光硬化樹脂の硬化プロセス中に、硬化した光硬化樹脂の上にマイクロマシン用の回転体または摺動体を載置し、この状態から硬化プロセスを続行することにより、前記マイクロマシン用の回転体または摺動体を、硬化した光硬化樹脂で回転自在または摺動自在に支持させるようにしたことを特徴としている。
【０００７】
請求項２の発明では、請求項１において、前記回転体がタービンまたは歯車であることを特徴としている。
【０００８】
請求項３の発明に係る光造形加工法は、液状の光硬化樹脂に光を照射して、該光硬化樹脂を所望の形状に硬化させる光造形加工法において、光硬化樹脂の硬化プロセス中に、硬化した光硬化樹脂の上にマイクロマシン用のセンサまたは回路素子を載置し、この状態から硬化プロセスを続行することにより、前記マイクロマシン用のセンサまたは回路素子を、硬化した光硬化樹脂で固定するようにしたことを特徴としている。
【０００９】
請求項４の発明に係る装置は、液状の光硬化樹脂に光を照射することにより該光硬化樹脂を所望の形状に硬化させる光造形加工法を用いて製作される装置であって、光硬化樹脂の硬化プロセス中に、硬化した光硬化樹脂の上にマイクロマシン用の回転体または摺動体を載置し、この状態から硬化プロセスを続行することにより、前記マイクロマシン用の回転体または摺動体を、硬化した光硬化樹脂で回転自在または摺動自在に支持していることを特徴としている。
【００１０】
請求項５の発明では、請求項４において、前記回転体がタービンまたは歯車であることを特徴としている。
【００１１】
請求項６の発明に係る光造形加工法は、液状の光硬化樹脂に光を照射して、該光硬化樹脂を所望の形状に硬化させる光造形加工法において、光硬化樹脂の硬化プロセス中に、硬化した光硬化樹脂の上にマイクロマシン用のセンサまたは回路素子を載置し、この状態から硬化プロセスを続行することにより、前記マイクロマシン用のセンサまたは回路素子を、硬化した光硬化樹脂で固定していることを特徴としている。
【００１２】
本願発明においては、光硬化樹脂の硬化プロセス中に、光の照射を一旦中断しあるいは光照射の合間を利用して、硬化した光硬化樹脂の上に物体を載置し、この状態から硬化プロセスを続行して、光硬化樹脂の残りの部分を硬化させるようにしている。これにより、装置全体が複雑な形状のものであっても、成形金型を必要とすることなく、安価に製作できるようになる。
【００１３】
また、光硬化樹脂の任意の部分を硬化させることが可能なので、従来の手法による組立てが困難な形状・構造のものであって、容易に製作できるようになる。さらに、製作される装置の大きさに制限がないので、装置自体がマイクロマシンを構成するような小形のものであっても、容易に製作できる。
【００１４】
しかも、硬化した光硬化樹脂の部分はすべて一体に形成されるので、内部の潤滑材や流体が外部に漏れるのを確実に防止できる。
【００１５】
なお、硬化した光硬化樹脂の上に載置される物体は、請求項１または４の発明では、マイクロマシン用の回転体または摺動体であり、請求項３または６の発明では、マイクロマシン用のセンサ、または電気回路および電子回路等の回路素子である。
【００１６】
回転体は、請求項２または５の発明に記載されているように、タービンまたは歯車でもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施態様〕
本発明の第１の実施態様による光造形加工法について図１ないし図５を用いて説明する。ここでは、光硬化樹脂を硬化させることにより構成される樹脂製ケースの内部にタービンが配置される装置を製作する場合を例にとる。図１ないし図４は、この光造形加工法の加工プロセスを説明するための図、図５はこの光造形加工法により製作された装置の全体斜視図である。
【００１８】
なお、この第１の実施態様では、光造形加工法として、液面規制板のない自由液面法を用いた場合を例にとるが、液面規制板を用いた液面規制法を採用してもよく、あるいは、その他のいずれの手法を採用するようにしてもよい。この点は、以下の参考例１、２においても同様である。
【００１９】
この場合には、まず、図示しない容器内に液状の光硬化樹脂Ｌを入れるとともに、昇降可能に設けられたステージＳを上方に移動させて、ステージ上面Ｓａと液面との間に液状の光硬化樹脂Ｌの薄い層を形成する。この状態から、液面に光Ｕを照射して光硬化樹脂Ｌを硬化させることにより、一層目の硬化層１を形成する（図１参照）。
【００２０】
次に、ステージＳを一段階下降させて、硬化層１と液面との間に液状の光硬化樹脂Ｌの薄い層を再び形成し、この状態から、液面に光Ｕを照射することにより、二層目の硬化層２を形成する（図１参照）。次に、硬化層２を形成する際の操作と同様の操作により、三層目の硬化層３を形成する。ただし、この硬化層３の形成の際には、図１に示すように、硬化層３の中央部に円形の孔３ａが形成されるように、光Ｕの照射位置を制御する。
【００２１】
次に、硬化層３を形成する際の操作と同様の操作により、図２に示すように、中央に孔４ａを有する四層目の硬化層４を形成する。
【００２２】
そして、図３に示すように、四層目の硬化層４の上にタービン１０を配置する。このとき、タービン１０の軸１０ａの下部が硬化層３，４の各孔３ａ，４ａ内に挿入されるようにする。
【００２３】
次に、図３の紙面手前側および奥側において光硬化樹脂Ｌを硬化させることにより、硬化層４の上部に順次硬化層を積層して、図５に示すような硬化層５を形成する。
【００２４】
次に、硬化層５の上部に、図４に示すような硬化層６〜９を形成する（図５参照）。この場合において、硬化層６，７の形成の際には、光Ｕの照射位置を制御することにより、硬化層３，４に形成した各孔３ａ，４ａと対向する孔が各硬化層６，７にそれぞれ形成されるようにするとともに、これらの孔内にタービン１０の軸１０ａの上部が配置されるようにする（図４参照）。
【００２５】
このようにして、図５に示すように、樹脂製ケース２０の内部にタービン１０を備えた装置（流体装置）１が完成される。この装置１は、貫通孔１ａを有しており、該貫通孔１ａ内にタービン１０が回転自在に配置されている。この装置１では、貫通孔１ａ内に流体を流すことにより、該流体の流れでタービン１０を回転させることができる。
【００２６】
ここで、従来の手法である成形金型を用いて装置１を製作しようとした場合には、樹脂製ケース２０を二つ割りにして、一方の割型ケースにタービン１０を配置した後、他方の割型ケースを一方の割型ケースに取り付ける必要がある。
【００２７】
ところが、この場合には、各割型ケースの合わせ面に隙間が形成されていたときに、この隙間からケース内部の流体がケース外部に漏れる恐れがある。また、装置自体がマイクロマシンを構成するような小形の装置である場合には、内部のタービンも非常に小さなものになるので、装置の組立てが容易ではない。
【００２８】
これに対して、本実施態様では、硬化した光硬化樹脂の部分はすべて一体に形成されるので、ケース外部への流体の漏れを確実に防止できる。また、マイクロマシンのような小形の装置の場合であっても、光の照射範囲等を制御するだけでよいので、容易に製作可能である。
【００２９】
さらに、本実施態様によれば、ケースが非常に複雑な形状や構造を有している場合であっても、上述した光造形加工法を用いて光硬化樹脂の任意の部分を硬化させることが可能なので、ケースの製作を容易かつ安価に行える。
【００３０】
なお、タービン１０のかわりに、歯車やその他の可動部材を用いて装置を構成するようにしてもよい。この場合には、前記実施態様の場合と同様に、複雑な形状・構造のものを容易かつ安価に製作でき、任意の大きさのものを製作できるととともに、ケース内部の潤滑材等の漏れを確実に防止できる。
【００３１】
〔参考例１〕
本発明の参考例による光造形加工法について図６ないし図１０を用いて説明する。ここでは、光硬化樹脂を硬化させることにより構成される樹脂製ケースの内部にフィルタが配置される装置を製作する場合を例にとる。図６ないし図９は、この光造形加工法の加工プロセスを説明するための図、図１０はこの光造形加工法により製作された装置の全体斜視図である。なお、これらの図において、前記第１の実施態様と同一符号は同一または相当部分を示している。
【００３２】
この場合には、前記第１の実施態様の場合と同様に、図示しない容器内に収容された液状の光硬化樹脂Ｌの内部においてステージＳを上方に移動させ、ステージ上面Ｓａと液面との間に液状の光硬化樹脂Ｌの薄い層を形成する。そして、液面に光Ｕを照射して光硬化樹脂Ｌを硬化させることにより、一層目の硬化層３１を形成する（図６参照）。この硬化層３１の形成の際には、図７に示すように、平面視矩形状の硬化層が形成されるように、光Ｕの照射範囲を制御する。
【００３３】
次に、ステージＳを一段階下降させて、一層目の硬化層３１と液面との間に液状の光硬化樹脂Ｌの薄い層を形成し、この状態から、液面に光Ｕを照射することにより、二層目の硬化層３１を形成する（図６および図７参照）。以下同様にして、三層ないし五層目の硬化層３１を形成する。このようにして、ステージＳの上には、硬化層３１の積層体３０が形成される。
【００３４】
次に、図８に示すように、五層目の硬化層３１の上にフィルタＦを載置する。この状態から、複数の硬化層３１からなる積層体３０を形成する際の操作と同様の操作により、フィルタＦの上面に硬化層３２の積層体３０′を形成する（図９および図１０参照）。
【００３５】
このようにして、図１０に示すように、樹脂製ケース４１の長手方向中央部分にフィルタＦが嵌め込まれた装置（流体装置）４０が製作される。この装置４０は、貫通孔４０ａを有しており、該貫通孔４０ａ内に流体を流すことにより、該流体を濾過処理することができる。
【００３６】
ここで、従来の手法である成形金型を用いて装置４０を製作する場合には、樹脂製ケース４１として積層体３０および積層体３０′の二つの部分を製作して、これらの部分にフィルタＦを挟み込んで固定する必要がある。
【００３７】
ところが、この場合には、前記第１の実施態様の場合と同様に、各部分の合わせ面に隙間が形成されていた場合に、この隙間の部分からケース内部の流体がケース外部に漏れる恐れがある。また、装置自体がマイクロマシンを構成するような小形の装置である場合には、フィルタも非常に小さなものになるので、装置の組立てが容易ではない。
【００３８】
これに対して、この参考例では、フィルタＦを挟んで各積層体３０，３０′が一体的に形成されるので、ケース外部への流体の漏れを確実に防止できる。また、マイクロマシンのような小形の装置の場合であっても、光の照射範囲等を制御すればよいので、容易に製作可能である。
【００３９】
さらに、この参考例によれば、ケースが非常に複雑な形状や構造を有している場合であっても、上述した光造形加工法を用いて光硬化樹脂の任意の部分を硬化させることが可能なので、ケースの製作を容易かつ安価に行える。
【００４０】
〔参考例２〕
本発明の参考例２による光造形加工法について図１１ないし図１４を用いて説明する。ここでは、前記参考例１の場合と同様に、光硬化樹脂を硬化させることにより構成される樹脂製ケースの内部にフィルタが配置される装置を製作する場合を例にとっているが、前記参考例１では、光硬化樹脂の硬化層をケースの長手方向に積層していく例が示されているのに対し、この参考例２では、光硬化樹脂の硬化層がケース長手方向と直交する方向に積層されていく例が示されている点が前記参考例１と異なっている。
【００４１】
図１１ないし図１３は、この光造形加工法の加工プロセスを説明するための図、図１４はこの光造形加工法により製作された装置の全体斜視図である。なお、これらの図において、前記参考例１と同一符号は同一または相当部分を示している。
【００４２】
この場合には、前記第１の実施態様における硬化層１〜４を形成する場合と同様の操作により、まず、ステージＳの上面Ｓａに硬化層３５および３６を形成する（図１１参照）。このとき、硬化層３６の形成の際には、硬化層３６の中央部において紙面垂直方向に延びる溝３６ａが形成されるように、光Ｕの照射位置を制御する。
【００４３】
次に、図１２に示すように、硬化層３６の溝３６ａ内にフィルタＦを載置する。この状態から、前記第１の実施態様における硬化層５〜９を形成する場合と同様の操作により、硬化層３７および３８，３９を形成する（図１３および図１４参照）。このとき、硬化層３８を形成する際には、光Ｕの照射位置を制御することにより、硬化層３６に形成した溝３６ａと対向する溝が硬化層３８にそれぞれ形成されるようにするとともに、これらの溝内にフィルタＦの上部が配置されるようにする（図１３および図１４参照）。
【００４４】
このようにして、図１４に示すように、樹脂製ケース４１′の内部にフィルタＦが埋め込まれた装置（流体装置）４０′が製作される。この装置４０′は、貫通孔４０′ａを有しており、該貫通孔４０′ａ内に流体を流すことにより、該流体を濾過処理することができる。
【００４５】
ここで、従来の手法である成形金型を用いて装置４０′を製作する場合には、樹脂製ケース４１′として二つの割型部分を製作し、一方の割型部分にフィルタＦをセットした後、他方の割型部分を一方の割型部分に固定する必要がある。
【００４６】
ところが、この場合には、各割型部分の合わせ面に隙間が形成されていたときに、この隙間の部分からケース内部の流体がケース外部に漏れる恐れがある。また、装置自体がマイクロマシンを構成するような小形の装置である場合には、フィルタも非常に小さなものになるので、装置の組立てが容易ではない。
【００４７】
これに対して、この参考例２では、硬化した光硬化樹脂の部分はすべて一体に形成されるので、ケース外部への流体の漏れを確実に防止できる。また、マイクロマシンのような小形の装置の場合であっても、光の照射範囲等を制御すればよいので、容易に製作可能である。
【００４８】
さらに、この参考例２によれば、ケースが非常に複雑な形状や構造を有している場合であっても、上述した光造形加工法を用いて光硬化樹脂の任意の部分を硬化させることが可能なので、ケースの製作を容易かつ安価に行える。
【００４９】
なお、ケースに対するフィルタの取付方向は、前記参考例１、２に示すような、流体の流れと直交する方向には限定されず、流体の流れに対して斜めに配置されたものであってもよい。
【００５０】
〔その他の実施態様〕
前記参考例１、２では、フィルタを含む装置を製作する場合を例にとって説明したが、フィルタのかわりに、センサを用いて装置を構成するようにしてもよい。さらに、フィルタのかわりに、電気回路や電子回路の回路素子を用いて装置を構成するようにしてもよい。
【００５１】
この場合には、前記参考例１、２の場合と同様に、複雑な形状・構造のものを容易かつ安価に製作でき、任意の大きさのものを製作できる。しかも、この場合には、光硬化樹脂が一般に絶縁樹脂であるため、とくに回路素子の保持部材としては好適である。
【００５２】
さらに、本発明は、機能材料や化学物質の他、任意の部材を含む装置を製作する場合にも同様に適用できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、光硬化樹脂の硬化プロセス中に、硬化した光硬化樹脂の上に物体を載置し、この状態から硬化プロセスを続行するようにしている。これにより、装置自体が複雑な形状のものであっても、成形金型を必要とすることなく、安価に製作できるようになる効果がある。また、光硬化樹脂の任意の部分を硬化させることが可能なので、組立てが困難な形状・構造のものであって、容易に製作できるようになる。しかも、製作される装置の大きさに制限がないので、任意の大きさのものを容易に製作できる。さらに、硬化した光硬化樹脂の部分はすべて一体に形成されるので、内部の潤滑材や流体の漏れを確実に防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施態様による光造形加工法を用いた加工プロセスを説明するための図。
【図２】本発明の第１の実施態様による光造形加工法を用いた加工プロセスを説明するための図。
【図３】本発明の第１の実施態様による光造形加工法を用いた加工プロセスを説明するための図。
【図４】本発明の第１の実施態様による光造形加工法を用いた加工プロセスを説明するための図。
【図５】本発明の第１の実施態様による光造形加工法を用いて製作されたタービン装置の製作例を示す図。
【図６】本発明の第２の実施態様による光造形加工法を用いた加工プロセスを説明するための図。
【図７】本発明の第２の実施態様による光造形加工法を用いた加工プロセスを説明するための図。
【図８】本発明の第２の実施態様による光造形加工法を用いた加工プロセスを説明するための図。
【図９】本発明の第２の実施態様による光造形加工法を用いた加工プロセスを説明するための図。
【図１０】本発明の第２の実施態様による光造形加工法を用いて製作されたフィルタ装置の製作例を示す図。
【図１１】本発明の第３の実施態様による光造形加工法を用いた加工プロセスを説明するための図。
【図１２】本発明の第３の実施態様による光造形加工法を用いた加工プロセスを説明するための図。
【図１３】本発明の第３の実施態様による光造形加工法を用いた加工プロセスを説明するための図。
【図１４】本発明の第３の実施態様による光造形加工法を用いて製作されたフィルタ装置の製作例を示す図。
【符号の説明】
１          装置
１ａ        貫通孔
３ａ，４ａ  円形の孔
１０        タービン
１０ａ      軸
２０        ケース
３１，３２        硬化層
３５，３６        硬化層
３７，３８，３９  硬化層
３６ａ            溝
４０，４０′      装置
４０ａ，４０′ａ  貫通孔
４１，４１′      ケース
Ｌ        液状の光硬化樹脂
Ｕ        光
Ｓ        ステージ
Ｆ        フィルタ
▲１▼〜▲９▼      硬化層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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