(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光硬化性の樹脂液が満たされた液槽と、前記樹脂液に光線を照射する光照射手段と、光の照射によって硬化した樹脂液を積層するテーブルと、液面を平滑に均す手段とを備えた光造形装置において、
前記液槽の一側部に仕切部材で画成された小部屋空間を設け、この小部屋空間内に仕切部材側へばね付勢された揺動部材を配設し、ばね力が蓄積された揺動部材が仕切部材側へ戻る時の移動によって、前記揺動部材と仕切部材との間の樹脂液を仕切部材の上端から液槽内に押し出すことを特徴とする光造形装置。
【請求項２】
前記液槽内にぴったりと嵌まり込む液載せユニットの枠体と、この枠体に固定される仕切部材とで小部屋空間を形成し、この小部屋空間内に配置した揺動部材を仕切部材に回転可能に軸支すると共に、仕切部材と揺動部材との間に揺動部材を仕切部材側へ付勢するばねを配設したことを特徴とする請求項１記載の光造形装置。
【請求項３】
前記揺動部材は、液面を平滑に均すワイパ装置の始動とほぼ同時に仕切部材側へ移動し、この移動により盛り上げた液面をワイパ装置で均すことを特徴とする請求項１記載の光造形装置。
【請求項４】
液面上を前後動して液面を均すワイパ装置であって、
断面略Ｖ字形状の先端部を有し前進時に液面を均す液寄せワイパと、この液寄せワイパに隣接して取り付けられ、前記液寄せワイパの先端部とは逆方向に傾斜する先端傾斜部を有し後退時に液面を均す液均しワイパとを備え、
前記液均しワイパの先端傾斜部は、液均しワイパで液面を均す際の液面との傾斜角度が２５〜３５度に保たれていることを特徴とするワイパ装置。
【請求項５】
前記液均しワイパが複数配列され、各ワイパ間には一定の隙間が設けられていることを特徴とする請求項４記載のワイパ装置。
【請求項６】
前記液寄せワイパ及び液均しワイパが回転可能に取り付けられ、いずれか一方が液面に接している時には他方が液面から離れていることを特徴とする請求項４記載のワイパ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液槽内に満たした光硬化性の樹脂液に光線を照射し、照射した部位の樹脂液を硬化させて所定形状のワークを形成する光造形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液槽内に光硬化性の樹脂液を満たし、これにレーザ光やランプ光を照射して一層ごとに樹脂液を硬化させ所定形状の立体造形物を作製するための光造形装置が知られている。この光造形装置では上下動するテーブルの上に樹脂液を硬化させながらワークを積層形成していくが、テーブルを徐々に樹脂液中に沈降させるたびに積層されたワークの上面に未硬化の樹脂液を載せて新たに平滑な液面を形成する必要がある。
【０００３】
ところが、樹脂液中にテーブルを沈降させる時の１回毎の下げ幅は約０．１〜０．５ｍｍときわめて微少であり、しかも樹脂液が粘性を有しているために、ワークの上端に表面張力が働いてしまい液面が平滑にならないという問題があった。
【０００４】
そこで、従来はこのような問題点を解決するために、例えばテーブルを下げる時に液面に沿ってへらやブラシなどのワイパ装置を移動させ、その先端部で液面を掻き乱すことによって表面張力を弱め、液面の平滑性を得るようにしたものが知られている（特開平１−１１５６２０号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法では樹脂液の粘性が高い場合には必ずしも十分とは云えず、また強く掻き過ぎるとワークに傷を付けてしまうおそれがあった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、樹脂液の粘性が高い場合であっても、テーブルを下げる時の液面の平滑性を確保するようにした光造形装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者はテーブルを下げる時に樹脂液の液面高さを強制的に大きく変動させることでワークとの間にできた表面張力を消失させ、樹脂液がワークの上に流れ込み易くしたものである。具体的には請求項１の発明は、光硬化性の樹脂液が満たされた液槽と、前記樹脂液に光線を照射する光照射手段と、光の照射によって硬化した樹脂液を積層するテーブルと、液面を平滑に均す手段とを備えた光造形装置において、前記液槽の一側部に仕切部材で画成された小部屋空間を設け、この小部屋空間内に仕切部材側へばね付勢された揺動部材を配設し、ばね力が蓄積された揺動部材が仕切部材側へ戻る時の移動によって、前記揺動部材と仕切部材との間の樹脂液を仕切部材の上端から液槽内に押し出すことを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、ばね力の蓄積された揺動部材が戻る時の移動によって小部屋空間内の樹脂液が仕切部材の上端から液槽内に勢いよく押し出されるので、液槽内の液面が盛り上がってワークの上面側に樹脂液が載り、液面の表面張力が弱まると共に液面の凹み部分などにも樹脂液が満たされることで液面の平滑性が向上する。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の光造形装置において、前記液槽内にぴったりと嵌まり込む液載せユニットの枠体と、この枠体に固定される仕切部材とで小部屋空間を形成し、この小部屋空間内に配置した揺動部材を仕切部材に回転可能に軸支すると共に、仕切部材と揺動部材との間に揺動部材を仕切部材側へ付勢するばねを配設したことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、小部屋空間を液載せユニットに設けることで、液槽への装着及びメンテナンスが簡易になると共に既成の光造形装置にも取付けることができる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１に記載の光造形装置において、前記揺動部材は、液面を平滑に均すワイパ装置の始動とほぼ同時に仕切部材側へ移動し、この移動により盛り上げた液面をワイパ装置で均すことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、揺動部材の移動をワイパ装置の始動に同期させることで、小部屋空間内の樹脂液が液槽内に押し出されるのと同時にワイパ装置が液面を均すので、より一層の平滑性が得られることになる。
【００１３】
請求項４の発明は、液面上を前後動して液面を均すワイパ装置であって、断面略Ｖ字形状の先端部を有し前進時に液面を均す液寄せワイパと、この液寄せワイパに隣接して取り付けられ、前記液寄せワイパの先端部とは逆方向に傾斜する先端傾斜部を有し後退時に液面を均す液均しワイパとを備え、前記液均しワイパの先端傾斜部は、液均しワイパで液面を均す際の液面との傾斜角度が２５〜３５度に保たれていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、作用の異なる２種類のワイパによって液面をより効果的に均すことができる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項４に記載のワイパ装置において、前記液均しワイパは複数配列され、各ワイパ間には一定の隙間が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、液均しワイパが複数配列されているので液面を丁寧に均すことができると同時に、隣接する液均しワイパ間には一定の隙間が形成されているので、表面張力などによって樹脂液が隙間に上がってくることがなく、液面の平滑性が損なわれることがない。
【００１７】
請求項６の発明は、前記液寄せワイパ及び液均しワイパが回転可能に取り付けられ、いずれか一方が液面に接している時には他方が液面から離れていることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、一方のワイパが液面に接する時には他方のワイパが液面から離れているので、他方のワイパによって液面の平滑性を乱したりワークを傷付けてしまうといったことがない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に基づいて本発明に係る光造形装置の実施形態を詳細に説明する。図１乃至図４に示した光造形装置において、符号１は光硬化性の樹脂液２を収容するステンレス製の液槽、符号Ｕはこの液槽１内にピッタリと嵌まり込む液載せユニットである。前記液槽１内にはＺ軸移動装置４によって上下動可能に制御されるテーブル３が配設されている。また、液槽１の上方には水平方向に移動する光照射手段５が配設されており、この光照射手段５はＣＡＭデータに基づいて樹脂液２の液面６上を移動しながら照射し、照射された部分の樹脂液２を硬化させてテーブル３上に所定形状のワークｗを形成する。上記液槽１の一方の側面には上部に張出部７が形成されており、この張出部７の中にも樹脂液２が満たされている。
【００２０】
上記液載せユニットＵは、液槽１の内側にピッタリと嵌まり込む四角形の枠体８と、この枠体８の後部側に設けられた液載せ機構９とで構成される。液載せ機構９は、枠体８の後面８ａに固定される仕切部材１０と、この仕切部材１０と枠体８の後面８ａによって囲まれた小部屋空間１２内に配設された揺動部材１１とを備える。仕切部材１０は、図４に示したように、長方形状の前板１０ａと、この前板１０ａの左右端から後側に９０度折れ曲る外側板１０ｂと、外側板１０ｂの後端に設けられた外向きフランジ１０ｃと、底板１０ｄで形成されており、前記外向きフランジ１０ｃを枠体８の後面８ａに固定することで、前述の小部屋空間１２を形成している。なお、この実施形態では液槽１の深さに対して枠体８の高さは約１／２程度であり、仕切板１０が枠体８から上方に突出した状態で取付けられる。
【００２１】
一方、前記小部屋空間１２内に配置された揺動部材１１は、前記仕切部材１０の前板１０ａに対応した後板１１ａと、外側板１０ｂより横幅の狭い内側板１１ｂとで略コの字状に形成され、内側板１１ｂが仕切部材１０の外側板１０ｂの内側に嵌まり込むことで組付けられる。図１及び図２に示されるように、揺動部材１１を仕切部材１０に組付けた状態では、揺動部材１１の上部が仕切部材１０の上端より僅かに突出して樹脂液２の液面６と略同じ高さになるように設定される。
【００２２】
図４に示したように、仕切部材１０の外側板１０ｂには下部に挿通孔１４が、揺動部材１１の内側板１１ｂにも下部に挿通孔１５がそれぞれ開設されており、これらの挿通孔１４，１５に支軸１３を貫通させることによって、揺動部材１１が仕切部材１０に対して回転可能に軸支される。また、前記挿通孔１４の上部近傍には挿通孔１４よりやや大き目の円孔１６が開設され、さらに揺動部材１１には円孔１６と同じ位置に係止ピン１７が設けられる。係止ピン１７の基端部には前記円孔１６より大径のベース部１８が形成され、仕切部材１０に揺動部材１１を組み付けた時には円孔１６から係止ピン１７が突出すると共に、円孔１６の裏面側にベース部１８が当たる。そのため、揺動部材１１の回転時には円孔１６の範囲内で係止ピン１７が動き得ると共に、仕切部材１０の外側板１０ｂにはベース部１８が接触しているだけなので、揺動部材１１の回転がスムーズになる。
【００２３】
上記挿通孔１４，１５に貫通させた支軸１３の両端部は仕切部材１０の外側板１０ｂから突出しており、この突出部分に捩りばね２０が巻装される。捩りばね２０の一方の先端は、仕切部材１０の外向きフランジ１０ｃに押圧係止され、他方の先端は前記揺動部材１１の係止ピン１７に後側から押圧係止される。その結果、この捩りばね２０には係止ピン１７を前側に押して戻ろうとするばね力が発生し、揺動部材１１は支軸１３を回転中心として仕切部材１０側に回転付勢される。この時、揺動部材１１の内側板１１ｂの横幅が仕切部材１０の外側板１０ａの横幅より狭いので、ばね付勢によって内側板１１ｂの前端が前板１０ａに当接する。なお、揺動部材１１の片側の内側板１１ｂには、その上端部に外方へ突出するストッパピン２１が設けられる。このストッパピン２１は仕切部材１０の外側板１０ｂの上端より上方に位置している。
【００２４】
上述のようにして構成された液載せユニットＵを、図１及び図２に示したように、液槽１の内周面にピッタリと嵌め込んで一体化する。その時、枠体８の上端から突出した液載せ機構９の仕切部材１０と液槽１の側面との間でも小部屋空間１２を形成する。
【００２５】
上記液槽１の外部には液槽１の長手方向に沿って液面均し機構３０が配設される。この液面均し機構３０は、図３に示したように、液槽１に沿って配設されたガイドレール３１と、このガイドレール３１上を往復動する駆動部３２と、この駆動部３２の先端に取付けられたワイパ装置３３とで構成される。ワイパ装置３３は、図４及び図５に示したように、先端が断面略Ｖ字形状の液寄せワイパ３５と、これと逆方向に先端が傾斜する一対の液均しワイパ３６ａ，３６ｂとをワイパアーム３７にビス３８で固定したものである。液均しワイパ３６ａ，３６ｂの間にスペーサ３９を挟むことで両者間に一定幅の隙間４０を保ち、表面張力による樹脂液２の吸込みを防止している。また、液均しワイパ３６ａ，３６ｂの先端の傾斜角度αは２５〜３５度の範囲が適当であり、この図に示された実施形態では３０度に設定されている。角度が大きすぎるとワークｗの上端を傷付けるおそれがあり、逆に角度が小さすぎると液面６を十分に均すことができないからである。なお、ワイパ装置３３の液寄せワイパ３５及び液均しワイパ３６ａ，３６ｂはステンレス製のものである。
【００２６】
このような形状からなるワイパ装置３３で液面６を均した場合、図５に示したように、ワイパ装置３３が始動方向（図５において矢印Ａ方向）に進む時には液寄せワイパ３５の先端Ｖ字部の両側に樹脂液２を溜めながら移動し、液面６の凹凸部分などに樹脂液２を満たす一方、ワイパ装置３３が逆方向（図５において矢印Ｂ方向）に戻る時には一対の液均しワイパ３６ａ，３６ｂの先端傾斜部が液面６を掻き撫でるようにして平滑に均していく。この実施形態では一対の液均しワイパ３６ａ，３６ｂで液面６を二回掻き撫でるので、より一層平滑性が確保できる。
【００２７】
上記ワイパ装置３３は、図２及び図３に示したように液槽１の左端をホームポジションとし、樹脂液２の液面６上を平行に移動して液槽１の右端まで進んでから戻ってくるが、この実施例では始動スピードを速く、その後はゆっくりと同一速度で移動し、最後ホームポジションに戻る少し手前でさらに移動スピードが遅くなるように駆動制御されている。なお、ワイパ装置３３の基端近傍には前記ストッパピン２１に係合するフック３４が突出形成されている。
【００２８】
次に、上記構成からなる光造形装置の作用を説明する。図２及び図３に示したように、液槽１の上方に配設された光照射装置５はＣＡＭデータに基づいて液面６上を移動し、液面６を光照射してテーブル３上に一層ずつワークｗを形成していく。その間、前記ワイパ装置３３は、ホームポジションに位置し、ワイパアーム３７に隣接して設けられたフック３４が揺動部材１１のストッパピン２１に係合し、このストッパピン２１を液槽１の左側に引き寄せる。それにより揺動部材１１は、図２及び図６（ａ）に示したように、捩りばね２０のばね力に抵抗して支軸１３を中心に液槽１の左側へ回転し、ばね力が蓄積された状態で保たれる。
【００２９】
前記光照射装置５が停止して樹脂液２が硬化するとＺ軸移動装置４からの制御信号に基づいてテーブル３が僅かに下降する。それと略同時に液面均し機構３０の駆動部３２が作動し、ワイパ装置３３が前記位置からテーブル３上に向かって移動し始める。そして、ワイパ装置３３が移動するのと同時に揺動部材１１のストッパピン２１とフック３４との係合が外れ、ばね力の蓄積された捩りばね２０が弾性復帰する。この弾性復帰するときのばね力によって揺動部材１１は仕切部材１０側に勢いよく回転し、図６（ｂ）に示したように、小部屋空間１２内に溜まっている樹脂液２を仕切部材１０の上端から液槽１側に勢いよく押し出す。この時、小部屋空間１２の下面が仕切部材１０の底板１０ｄによって閉じられており、液槽１内に押し出される樹脂液２はすべて仕切部材１０の上端から出るため、液面６上に載り移る樹脂液２の量が多くなる。前述したように、ワイパ装置３３を始動時に速く移動させることで揺動部材１１の回転が速くなり、その分樹脂液２が勢いよく押し出されることで液槽１の液面６上に素早く広がっていく。
【００３０】
テーブル３が液面６近くの比較的浅い位置にある時には、押し出された樹脂液２はテーブル３の上面に載り移り、その直後にテーブル３上を移動するワイパ装置３３によって押し出された樹脂液２を掻き寄せながら液の盛り上がりを平らにし液面６上に載せ広げると共に、液面６の凹んでいるような部分を満たしてテーブル３上を平滑に均す。一方、テーブル３が液面６から比較的深い位置にある時には、仕切部材１０の上端から押し出された樹脂液２はゆったりとした大きな波となって液槽１内の液面６上に広がって載り移る。また、小部屋空間１２内にあった樹脂液２が液槽１側に押し出された後は、小部屋空間１２の下面が底板１０ｄで塞がっているために小部屋空間１２内に樹脂液２が戻るまでに時間が掛かる。その結果、その間は液槽１内では押し出された樹脂液２によって液面６が上昇している状態が保たれることになり、テーブル３上へ樹脂液２が載り易くなる。
【００３１】
上述のように、テーブル３の上面又はワークｗの上面に樹脂液２が載り広がることで、ワークｗの上端と液面６との間の表面張力が弱くなると共に、樹脂液２が載ったあとをワイパ装置３３が移動して均していくために、液面６の平滑性が得られることになる。また、ワイパ装置３３が液面６上を戻る際には一対の液均しワイパ３６ａ，３６ｂが液面６上を撫で付けるようにして均していくことで、より一層の平滑性が得られることになる。ワイパ装置３３が元の位置に戻る時にフック３４が揺動部材１１のストッパピン２１に係合し、揺動部材１１を再び液槽１の左側に押し戻した状態で保持する。揺動部材１１を液槽１の左側へ押し戻す際に樹脂液２が煽りを受けるが、押された樹脂液２は張出部７に収容されると共に、ワイパ装置３３が液載せ機構９の近くまで戻った時に、ワイパ装置３３をゆっくりした速度に変えることで、樹脂液２が液槽１の外部に溢れ出ることはない。
【００３２】
図７は上記ワイパ装置３３を回転可能に設けた場合の実施形態を示したものである。ワイパアーム３７の両面に液寄せワイパ３５と液均しワイパ３６をそれぞれ取り付け、ワイパアーム３７を回転することで液寄せワイパ３５及び液均しワイパ３６を一体的に回転可能とし、いずれか一方のワイパが液面６に接触している時には他方のワイパを液面６から離すようにしたものである。図７（ａ）に示したように、ワイパ装置３３が矢印Ａ方向に進む時には液寄せワイパ３５を液面６側に回転して先端Ｖ字部で樹脂液２を掻き寄せながら液面６を均す一方、液均しワイパ３６の先端傾斜部を液面から離す。また、図７（ｂ）に示したように、ワイパ装置３３が矢印Ｂ方向に戻る時には液均しワイパ３６を液面６側に回転して先端傾斜部で液面６を掻き撫でるようにして平滑に均していく一方、液寄せワイパ３５の先端Ｖ字部を液面６から離す。このように、上記構成からなるワイパ装置３３にあっては、一方のワイパが液面６に接する時には他方のワイパが液面６から離れているので、他方のワイパによって液面６の平滑性を乱したりワークを傷付けてしまうといったことがない。
【００３３】
なお、上記実施例では液載せ機構９を液載せユニットＵに設けた場合について説明したが、本発明では液槽１に直接液載せ機構９を設けることができるのは勿論である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光造形装置によれば、液槽の一側部に仕切部材で画成された小部屋空間を設け、この小部屋空間内に仕切部材側へばね付勢された揺動部材を配設し、ばね力の蓄積された揺動部材が仕切部材側へ戻る時の移動によって小部屋空間内の樹脂液を仕切部材の上端から液槽内に押し出すようにしたので、液槽内の液面が盛り上がってワークの上面側が樹脂液で満たされ、液面の表面張力が弱まると共に液面の凹み部分などにも樹脂液が満たされることで液面の平滑性が向上する。
【００３５】
また、本発明に係るワイパ装置によれば、作用の異なる２種類のワイパを備えたことによって液面をより平滑に均すことができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光造形装置において、液槽から液載せユニットを外した時の斜視図である。
【図２】本発明に係る光造形装置の一実施形態を示す概略正面図である。
【図３】上記図２における光造形装置の概略平面図である。
【図４】本発明における液載せ機構の構成を示す分解斜視図である。
【図５】本発明に係るワイパ装置の構成を示す断面図である。
【図６】前記液載せ機構の作用を示す説明図である。
【図７】本発明に係るワイパ装置の他の実施形態を示す説明図である。
【符号の説明】
１  液槽
２  樹脂液
３  テーブル
５  光照射手段
６  液面
８  枠体
９  液載せ機構
１０  仕切部材
１１  揺動部材
１２  小部屋空間
１３  支軸
２０  捩りばね
３３  ワイパ装置
３５  液寄せワイパ
３６，３６ａ，３６ｂ  液均しワイパ
４０  隙間
【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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