(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強材が混入された液状の光硬化性樹脂を貯留する樹脂タンクと、この樹脂タンク内に一部が浸漬され深さ方向に昇降可能なテーブルと、立体形状をスライスした断面形状データに基づいてレーザー光線を前記光硬化性樹脂の表面部に照射して前記テーブル上に硬化層を形成する手段とを具備し、前記テーブルの所定量の降下と、それに相当した断面データに基づくレーザー光線の照射を順次繰り返すことによって積層状の硬化層をテーブル上に形成する光学的造形装置において、
前記樹脂タンクの少なくとも一部に設けられた開口部と、前記光硬化性樹脂の表面部との間に形成された循環管路と、前記循環管路に配置された光硬化性樹脂を強制的に撹拌する撹拌手段と、光硬化性樹脂の移動と前記表面部への吐出を行う移送吐出手段とを具備することを特徴とする光学的造形装置。
【請求項２】
請求項１記載の発明であって、前記開口部が前記樹脂タンクの表面部及び樹脂タンクの底部に形成され、この開口部のそれぞれに循環管路が接続され、それぞれの循環管路が前記撹拌手段で合流することを特徴とする光学的造形装置。
【請求項３】
請求項１記載の発明であって、前記開口部がすり鉢状断面となっており、この開口部が前記樹脂タンクの底部に形成されていることを特徴とする光学的造形装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の発明であって、前記樹脂タンクに貯留されている光硬化性樹脂に表面部に沿って移動して表面部を平滑化する液面掃引手段が配置されていることを特徴とする光学的造形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異種材料が混入された光硬化性樹脂に光を照射して目的形状の硬化物を製造する光学的造形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は特開平６−１７０９５４号公報に記載された従来の光学的造形装置を示す。容器としての樹脂タンク１内に流動性の光硬化性樹脂２が収容されている。光硬化性樹脂２は光照射により硬化する樹脂であり、変性ポリウレタンメタクリレート、オリゴエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、感光性ポリイミド、アミノアルキド等の内の一または複数が使用される。この光硬化性樹脂２には、補強材としてガラス繊維８が混合されると共に、磁性物体７が混合されている。
【０００３】
ガラス繊維８としては直径φが１０〜１５μｍ、長さが７０〜２００μｍ程度のガラスファイバーが使用される。ガラス繊維８は光硬化性樹脂１００重量部に対し、１０〜３０重量部、より好適には２０重量部が混合される。磁性物体７としては直径φが１００〜３００μｍの着磁した鉄の球体が使用される。
【０００４】
４はテーブルであり、樹脂タンク１の深さ方向へ昇降可能となっている。５はガラス板からなる透光板であり、液表面に密着、且つ浮遊して樹脂タンク１の液表面の乱れを抑制している。６は透光板５及び樹脂タンク１の側面に開口された排出穴であり、あふれた光硬化性樹脂２を排出する。９は回転板であり、周回可能となっている。この回転板９には磁石１０が取り付けられている。この磁石１０は樹脂タンク１内部の磁性物体７を光硬化性樹脂２内で移動させる磁力を有している。
【０００５】
なお、回転板９はステッピングモータ１２によって回転制御されている。１１は乱数パルス発信器であり、乱数パルスをステッピングモータ１２に発信する。この信号を受けることで、ステッピングモーター１２が不規則回転を行い、これにより回転板９が不規則回転する。１４はコンピューター制御部であり、レーザー３の照射、テーブル４の移動の制御を行う。
【０００６】
上記構成において、光硬化性樹脂２、ガラス繊維８、磁性物体７を混入して樹脂タンク１内に充填し、回転板９に取り付けられた磁石１０を不規則に運動させる。これに伴って磁性物体７が磁界の不規則変化で樹脂タンク１内を自由に運動し、これにより樹脂タンク１内部に撹拌作用を誘起してガラス繊維８を均一に分布させる。
【０００７】
このような状態で硬化物１３を製造する場合、まずテーブル４を樹脂タンク１の底面付近に移動させてから、透光板５よりわずか下方に位置させ、レーザー３を目的形状物の水平断面に倣って走査する。この走査はコンピューター制御部１４の制御により行われる。
【０００８】
そして、目的形状物の一つの水平断面の全てにレーザー３を照射した後、テーブル４を樹脂タンク１内の底面付近に移動させてから、透光板５と硬化物１３との間隔をわずかに開け、ガラス繊維８を含む光硬化性樹脂２に対し上記と同様の照射を行う。このテーブル４の下降により、増加した光硬化性樹脂２は排出穴６から排出され、透光板５を含む液面を一定に保つ。以上のような手順を繰り返すことにより、目的形状の硬化物１３を多層積層体として得ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来技術には次のような問題があった。
すなわち目的形状の硬化物１３の製作中においてはガラス繊維８は樹脂タンク１内部で磁石１０の不規則運動に連動した磁性物体７の不規則運動によって均一に分布するが、一旦停止すると時間的経過とともにガラス繊維８は樹脂タンク１の底部に堆積する。一般的な光硬化性樹脂２は一様に高粘度であり、さらにその内部で微細なガラス繊維８が一旦堆積すると、ガラス繊維及び光硬化性樹脂２が相互に強固に結びつく。これにより増粘作用が加速し、堆積物は粘土状の半固形物と化してしまう。このような状態でガラス繊維８を再度均一に分布させるべく磁石１０を不規則運動して磁性物体７の流れを発生させても、微細な磁性物体７の運動や磁力のような間接的な撹拌力では固着した半固形物を分散させることができない。
【００１０】
本発明はこのような従来の問題点を考慮してなされたものであり、固着してもガラス繊維と光硬化性樹脂を容易に再分散させることの可能な機能を有した装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決する請求項１の本発明は、補強材が混入された液状の光硬化性樹脂を貯留する樹脂タンクと、この樹脂タンク内に一部が浸漬され深さ方向に昇降可能なテーブルと、立体形状をスライスした断面形状データに基づいてレーザー光線を前記光硬化性樹脂の表面部に照射して前記テーブル上に硬化層を形成する手段とを具備し、前記テーブルの所定量の降下と、それに相当した断面データに基づくレーザー光線の照射を順次繰り返すことによって積層状の硬化層をテーブル上に形成する光学的造形装置において、前記樹脂タンクの少なくとも一部に設けられた開口部と、前記光硬化性樹脂の表面部との間に形成された循環管路と、前記循環管路に配置された光硬化性樹脂を強制的に撹拌する撹拌手段と、光硬化性樹脂の移動と前記表面部への吐出を行う移送吐出手段とを具備することを特徴とする。
【００１２】
この構造では、補強材と光硬化性樹脂が混在した半固形物を移送吐出手段が作動することで樹脂タンクの開口部から撹拌手段に回収する。撹拌手段は強制的な撹拌によるトルクによって半固形物を撹拌し、再分散する。再分散された光硬化性樹脂は移送吐出手段に圧力により、樹脂タンクの表面部に吐出される。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明であって、前記開口部が前記樹脂タンクの表面部及び樹脂タンクの底部に形成され、この開口部のそれぞれに循環管路が接続され、それぞれの循環管路が前記撹拌手段で合流することを特徴とする。
【００１４】
樹脂タンクの表面部は補強材が粗となっている一方、底部は補強材が密となっている。これらの性状が異なる状態が撹拌手段で合流する。この合流によって密の補強材は粗の補強材により希釈され、再分散が促進される。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１記載の発明であって、前記開口部がすり鉢状断面となっており、この開口部が前記樹脂タンクの底部に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
開口部がすり鉢状となっていることにより補強材の堆積範囲が限定される。又、樹脂タンク内の光硬化性樹脂の自重による圧力が循環管路内に生じるため、移送吐出手段の動力を補完できる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明であって、前記樹脂タンクに貯留されている光硬化性樹脂に表面部に沿って移動して表面部を平滑化する液面掃引手段が配置されていることを特徴とする
【００１８】
液面掃引手段は樹脂タンクに再供給される光硬化性樹脂を平滑することで、光硬化性樹脂内の補強材の分散を行う。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る光学的造形装置の実施の形態を説明する。なお、各実施の形態において、図６に示す従来装置と同一の部分は同一の符号を付して対応させてある。
【００２０】
（実施の形態１）
図１〜図３は本発明の実施の形態１を示す。この実施の形態においては、補強材としてガラス繊維８を使用するが、アルミニウム粉末、セラミックス粉末、磁性粉体等を使用することが可能であり、補強材の材質については特に限定されるものではない。
【００２１】
これらの図において、矢印ａはガラス繊維８が混入した光硬化性樹脂２の循環管路であり、この管路ａに樹脂タンク１が挿入されている。樹脂タンク１内にはガラス繊維８が混入した光硬化性樹脂２が貯留されている。光硬化性樹脂２表面部には、表面部の波立ちを抑えるためｆ方向へ往復動作する液面掃引手段３４が配置される。
【００２２】
光硬化性樹脂２内のガラス繊維８の密度は矢印ｂ→ｃに示すように、表面部から底部に向かって粗から密へと変化し、樹脂タンク１の底部に至ってはガラス繊維８が堆積した半固形物１５となっている。同様に樹脂タンク１の底部には矢印ｄ−ｅで示す水平方向にエアシリンダ１６によって往復運動可能となっている移動吐出手段１７が配置されている。さらに、この移動吐出手段１７の移動先端における樹脂タンク１には開口部１８が形成されている。
【００２３】
開口部１８の延長先端には、モーター１９と、このモーター１９の直接動力によって回転する撹拌翼２０とからなる撹拌手段２１が設けられている。この撹拌手段２１の上方には管体２２が設けられ、この管体２２先端の吐出口２３が光硬化性樹脂２の表面部近傍に達している。
【００２４】
コンピューター制御部１４はレーザ３の照射を制御すると共に、テーブル４の移動を制御する。これに加え、コンピューター制御部１４はエアシリンダー１６の駆動を制御する。
【００２５】
なお、この実施の形態では、移動吐出手段１７を動作させる動力としてエアシリンダを用いたが、半固形物１５を移動、除去可能な動力を発生するものであれば、その他の手段によって行っても良い。又、撹拌手段２１の構成や撹拌翼２０の形状、運動状態さらには撹拌翼２０を動作させる動力についても限定されるものではない。後者の場合、例えば図３に示すように、光硬化性樹脂２を撹拌しながら、且つ移動可能なリードスクリュー翼２４を使用することができる。
【００２６】
次に、この実施の形態の作動を説明する。図１の状態で装置の運転を開始すると、図２に示す如くガラス繊維８が堆積してできた半固形物１５はそれより密度の低い光硬化性樹脂２と共に移動吐出手段１７によって開口部１８から押し出されて撹拌手段２１の内部に移動する。この移動吐出手段１７の駆動はコンピューター制御部１４からの指令を受けたエアシリンダ１６の推力によって行われるものである。
【００２７】
撹拌手段２１内では、モーター１９の力強い直接動力によって撹拌翼２０が回転しており、この強力な回転力により半固形物１５と光硬化性樹脂２とが撹拌されて、均一に分散する。
【００２８】
続けて、移動吐出手段１７は上記と同様の動作を繰り返しており、これにより撹拌手段２１内部で分散された光硬化性樹脂２は移動吐出手段１７の運動によって生ずる圧力によって吐出口２３より光硬化性樹脂２の表面部へ吐出される。そして、液面掃引手段３４のｆ方向の往復動作によって表面部が平滑化される。
【００２９】
以上の動作を順次繰り返すことによって、従来では不可能であったガラス繊維８が固着した半固形物１５の再分散が可能となる。
【００３０】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２を示し、開口部１８から撹拌手段に至る循環管路と撹拌手段が相違し、その他の構成は実施の形態１と同一のため、その説明を省略する。この実施の形態において、矢印ａ’は光硬化性樹脂２の循環を示している。
【００３１】
この実施の形態では、光硬化性樹脂２の表面部、すなわちガラス繊維８密度が粗である部分に開口部２５が形成されている。一方、樹脂タンク１の底部には実施の形態１と同様の開口部１８が形成されている。これらの開口部２５、１８には管路２７及び２８がそれぞれ接続されており、この管路２７、２８が撹拌手段２９で合流している。
【００３２】
管路２７と撹拌手段２９との接続部分には逆止弁３０が設けられると共に、管路２８と撹拌手段２９との接続部分にも逆止弁３１が設けられている。これらの逆止弁３０、３１の開閉作動はコンピューター制御部１４によってタイミング制御されるものである。具体的には、移動吐出手段１７が半固形物１５を押し出す動作つまりｅからｄへの移動時では逆止弁３１が開、逆止弁３０が閉となるように制御される。これと反対方向のｄからｅへの移動では、逆止弁３１が閉、逆止弁３０が開となるようにタイミング制御される。
【００３３】
このような状態で実施の形態１と同様に運転を開始する。移動吐出手段１７の矢印ｅからｄへの方向の押し出し動作によって半固形物１５は逆止弁３１を通って撹拌手段２９内に導入される。これに続く移動吐出手段１７のｄからｅへの方向の戻り動作によって、ガラス繊維８の密度が粗である状態の光硬化性樹脂２が逆止弁３０を通って撹拌手段２９内に導入される。撹拌手段２９内部では、モーター１９の直接動力によって撹拌翼２０が常時、強力に回転しており、これにより半固形物１５と光硬化性樹脂２が撹拌されて、均一に分散される。
【００３４】
このような本実施の形態２では、ガラス繊維８の密度が粗である状態の光硬化性樹脂２を撹拌手段２９内部へ積極的に導入するため、実施の形態１に比べて、格段に早く半固形物１５と光硬化性樹脂２とを分散させることができる。
【００３５】
（実施の形態３）
図５は実施の形態３を示している。この実施の形態では、樹脂タンク１の底部に開口部３２が形成されており、この開口部３２に管路３３が接続されている。開口部３２は樹脂タンク１側が広く、管路３３に向かうにつれて徐々に細くなったすり鉢状断面となっている。この場合、開口部３２は樹脂タンク１側が広く、管路３３に向かうにつれて細くなる形状であれば、円錐、角錐、半楕円等であっても良い。この実施の形態では撹拌手段は図示していないが、実施の形態２で示したようにガラス繊維８の密度が粗である部分に開口部２５を形成し、この開口部２５から光硬化性樹脂２を撹拌手段内に導入することができる。
【００３６】
このような実施の形態では、半固形物１５が樹脂タンク１の底部に広範囲に堆積することなく、管路３３に集中して回収することが可能となる。従って、この実施の形態では堆積した半固形物１５が１点に集中するため回収率が良好となると共に、移動吐出手段の動作量が小さくなるメリットがある。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、一旦運転停止した後に樹脂タンク１の底部に堆積する半固形物を再度均一に分散させることができる。請求項２の発明は、ガラス繊維の密度が粗である光硬化性樹脂２を積極的に導入して半固形物と撹拌するため、再分散を促進することができる。請求項３の発明は、開口部がすり鉢状となっているため、半固形物の回収効率がさらに向上する。 請求項４の発明は、樹脂タンクに再供給される光硬化性樹脂内の補強材を分散させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の断面図である。
【図２】実施の形態１の作動を示す断面図である。
【図３】撹拌手段の別例を示す断面図である。
【図４】実施の形態２の断面図である。
【図５】実施の形態３の断面図である。
【図６】従来装置の断面図である。
【符号の説明】
１  樹脂タンク
２  光硬化性樹脂
３  レーザー光線
４  テーブル
８  補強材
１７  移動吐出手段
１８  開口部
２１  撹拌手段
【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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