JP2003276093A

JP2003276093A - 三次元連続構造体の製法及び製造装置及びその製品

Info

Publication number: JP2003276093A
Application number: JP2002085415A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Fujimura; 明宏藤村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】外形や内空の形が非常に複雑な硬質三次元
連続構造体等を容易に、安価に得る。【解決手段】多数の、ホトレジストで被覆した金属
薄板や、固形微粉と、ホトレジストの混合物板等に、二
次元画像をプリントし、光照射し、非硬化部分を除き、
それらを積層し、拡散溶接、燒結、その他で一体化する
等。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元連続構造体
（立体）の製法及び製造装置及びその製品に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】容器中に少量ずつホトレジストを注入
し、コンピューター制御で、光ビームスキャナーにより
露光し、硬化させることを反復し、三次元連続構造体を
得る技術が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の装置で得られる
三次元構造体は、柔らかく、例えば、高圧を用いるプラ
スチックの押し出し成型に使用しうるような、複雑で、
強固な構造のノズルを作製すること等はできない。そこ
で、ホトレジスト等を用い、複雑な構造を有しながら
も、硬質の三次元構造体を造りうる製法等を得る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】構造材料となる固体板表
面、または構造材料となる固体粉末集合体板中に、光照
射で硬化または軟化するホトレジストが存在する原料板
に、造るべき三次元連続構造体の平行断面に該当する二
次元画像の光を照射し、腐蝕処理等を行ない、二次元構
造体にし、それを連続的に積層し、ホトレジスト自体の
接着作用、接着剤の使用、拡散溶接、燒結等により、一
体化する等により、実現する。

【０００５】

【実施例１】図１は、本発明を実施した三次元連続体の
製造装置の一部を示す平面図。図２は、その縦断正面
図。１は、厚さ０．００５〜０．５mm程度のプラスチッ
ク・耐蝕性の金属板等から成る、左右長数１０〜数１０
００ｍに及ぶベースフィルム。２は、その上に張り付け
た厚さ０．００１〜１mm程度の鋼・リン青銅・その他の
金属板（ベルト）。３は、両者を貫通するパーホレーシ
ョン。なお、図示しないが、この金属ベルト２付フィル
ム１の左方には、非常に長い連続部が、ドラムに巻き付
けられたり、ジグザグ状に折り畳んだ形で、存在する。
４は、金属板上にホトレジストを散布するホトレジスト
塗膜装置。５は、金属ベルト上に形成されたホトレジス
ト膜。６は、ホトレジスト膜上にインクを噴射するイン
クジェットプリンターのヘッド。７は、それを前後に駆
動する装置。８は、ホトレジストの露出部。９は、その
中の、角錐を形成するための枠状の四角形部。１０は、
四角形部と、その周辺部をつなぐ架橋部。１１は、ｃ字
形の黒色部１２は、四角形の黒色部。

【０００６】次にこの動作を説明する。図示しないパー
ホレーション３にかかる歯車等の駆動装置により、ベー
スフィルム１は、徐々に右進し、その間に、ホトレジス
ト塗膜装置４から、紫外線・可視光・赤外線等の光を受
ければ硬化する適当なホトレジストが散布され、ホトレ
ジスト膜５が形成される。図示しないコンピューターで
制御される駆動装置７で前後に動かされつつ、適宜黒色
インクを噴射するヘッド６により、黒色インク層１１〜
１２が形成される。ベースフィルム１等は、更に右進し
続け、図示しない諸工程を経る。強力な光源下を通過
し、光を受け、露出部８〜１０のホトレジストは硬化す
るが、黒色層１１〜１２の下のホトレジストは硬化しな
い。次に、洗浄槽で、黒色層１１〜１２と、その直下の
ホトレジストが洗い流され、次の腐蝕液槽、または、電
解研磨槽で黒色部１１〜１２の下の金属ベルト２の部分
が溶解される。（金属ベルト２の表面に、クローム・ニ
ッケル・その他の腐蝕しにくいメッキを施している場合
には、まず、電解槽を通し、それを電蝕で除去し、次
に、腐蝕液槽を通す等してもよい。）次のベースィルム剥離液槽で、ベースフィルム１と、金
属ベルト２とを張り付けている接着剤が溶解し、両者
は、剥離する。（プラスチックフィルムを用いた場合、
それ自体を溶解除去することもある。また、後述するよ
うに、ベースフィルムを残しておくこともある。）次に、金属ベルト２は、一コマずつ切断され、積み重ね
られてゆく。

【０００７】切断され、積層された各コマには、ヘッド
６で、上ほどサイズが小さくなった露出部９に対応する
枠状四角形金属板が存在し、全体として、角錐を形成す
る。この積層体は、次のようにして一体化される。

【０００８】図３は、金属板等を一体化するためのルツ
ボの縦断正面図である。１３は、ルツボ。１４は、その
蓋。１５は、ルツボの底に置かれた固定台。１６〜１７
は、それから突出した支柱。２００は、台上に置かれ、
支柱がパーホレーションに通っている金属板２の積層
体。１８は、その上を加圧する加圧板。１９は、蓋１４
上に取り付けたマルチシリンダー。２０〜２１は、蓋と
加圧板を貫通している金属板保持用プランジャー。２２
は、加圧板駆動用プランジャー。２３は、ルツボの下に
取り付けたマルチシリンダー。２４〜２６は、ルツボと
固定台を貫通している金属板駆動用プランジャー。

【０００９】図示しない真空ポンプにより、ルツボ内は
真空にされ、高周波コイル等により、ルツボ等と共に、
金属板積層体２００が、金属が溶解変形しない程度の高
温に加熱される。その際、マルチシリンダー内の一部に
空気圧等が加わり、加圧板駆動用プランジャー２２のみ
が下がり、加圧板１８を押し下げ、積層体２００間を密
着させ、拡散溶切により、それらを一体化する。その
際、時々、プランジャー２０〜２１が積層体２００の上
昇を押さえた状態で、プランジャー２２が、加圧板１８
を数mm、引き上げ、復帰し、加圧板１８と、積層体２０
０との溶接を防ぐ。また、台１５、支柱１６〜１７と、
積層体２００とが溶接されるのを防ぐため、プランジャ
ー２４〜２６が上に動き、積層体２００を、加圧板１
８、プランジャー２０〜２２と共に、数mm、台１５か
ら、押し上げる。プランジャー２０〜２１、２４〜２６
と、積層体２００との溶接を防ぐため、時々、それらも
上下に駆動させる。

【００１０】このようにして、金属積層体は、一体化す
るが、架橋部１０をドリル・レーザービーム・ウォータ
ージェット・その他で切れば、周囲の枠状の部分から、
中の角錐部を取り出すことができる。それらは、種々の
方法でみがかれたり、メッキが施されたりして、完成品
になる。この角錐は、底面もふさがれたものも可能で、
しかも、壁面の厚みを、部分により、任意に変えること
もできる。角錐中に有離した球その他を収めることも
できる。なお、実際には、架橋部を、四角形部９と、そ
の周辺部との間に、３・４箇所設け、かつ、その位置
が、上下の金属板間で重なり、一体化し、除去しにくく
ならないようにするため、少しずつ、ずらせておく。し
かし、ベースフィルムをプラスチック製にし、それを
除去しないまま、燒結する場合には、架橋部は不要にな
る。すなわち、ルツボ内に、プラスチックフィルムと、
金属板の積層体を入れ、真空状態で、適度に加熱し、プ
ラスチックフィルムを気化させる。（気化時のルツボ内
圧を適度に選び、純酸素を送りながら加熱し、粘焼ガス
にしたり、逆に、水素を送り込み、プラスチックをメタ
ン・エタン等にして帰化させてもよい。酸素と、水素・
一酸化炭素等の還元性ガスを交互に送ってもよい。）このようにして、プラスチックを除去し、金属板のみが
接触するようにし、次に、温度を上げて拡散溶接を行な
う。プラスチック材質や、温度条件の選択で、ほとんど
炭化物が残らないようにすることが望ましいが、炭化物
が残っていても、それ自体が、金属板のバインダーにな
るようにしてもよい。これにより、動脈管のように、上
端が太く、下方へゆくほど分岐しながら細くなる管系が
数系存在し、かつ、下端での、各細管が任意の形をな
す、ノズル系等を造ることもできる。これは、各ノズル
系に異なる色の原料を注入し、どこで切っても同じ模様
が現れる洋菓子・和菓子・あめ・羊羹その他の食品、薄
くなっても花・動物・その他の模様が消えない石鹸・Ｄ
ＮＡチップ、その他の製造に使用できる。これらのノズ
ル等の内面を磨く際には、砥粒を含む流体を流したり
（流動方向を時々逆転させてもよい）、電解液（砥粒を
含んだものでもよい）を流しながら、通電し、電解研磨
をかけたり、電気メッキを施したりすればよい。ノズル
の多数の開口（入・出口）を一枚の金属板に形成させて
もよいし、積層体の方向を９０度変え、全金属板の縁が
なす平面に開口を形成させてもよい。このような出口側
の開口は、端に近ずくほどロート状に広がり、隣接口と
の境界線が、ごく細くなるようにしてもよい。（端部の
形は、任意に選びうる。）各高さにおける管系の直径や形の最適値は、押し出す流
動性食品材料等の粘度・圧力・分岐部の形・押し出し圧
力等により異なるので、多数の実験データを取り、実験
式を得て、設計に用いる等する。なお、石鹸等の製造で
は、断面の輪郭が、四角形・楕円形・その他の形をなす
一体化物を造り、それより径が大きい楕円形石鹸の中に
設けた同形貫通孔中に、切断物をはめ込む等すればよ
い。（数個の貫通孔を開け、それぞれに一体化物の断片
を入れることもある。各貫通孔の方向を異ならせる場合
もある。）このようなノズルは、各製品ごとに、作製する。いかな
る模様にも使用しうるものは、下端は、一定の直径をな
し、マトリックス状に並び、分岐はなく、上端は送液系
につなぎやすくするため、円錐台状等に、やや太くな
る。各々が、電磁弁系により切り替えられる種々の色彩
・材質等が異なる原料液を送り出すポンプ系につながる
か、手動的・自動的に差し替えられるノズルを持つポン
プ系につながる。（特願２００１−１５６７１２「モザ
イク型試薬等の製法及びその製造物並びに製造装置」参
照）

【００１１】ノズルの場合等、金属板の一体化物の周囲
を削り、四角形や円形の金属管内に収め、更に拡散溶切
で、両者を結合してもよい。念のため、一体化物が剥
離することを防ぐため、数箇所をリベットで固定しても
よい。なお、インクジェットプリンターのヘッド６で、
透明プラスチックフィルムに二次元画像をプリントし、
ホトレジスト膜５上に重ね、その上から露光し、フィル
ムをはがした後、洗浄槽に到るようにしてもよい。（プ
リント層を洗浄し、フィルムは、再利用しうる。）一コマごとの況界線は、ホトレジストの露光をせず、腐
蝕液等で除去されるようにしてもよい。始めから、四角
形に切断した金属板をフィルム１上に張り付けておいて
もよい。この場合、連続フィルムをジグザグに折り畳み
うる利点が生じる。露光で、溶解するホトレジストを用
いた場合には、白黒反転像を転写しなければならないこ
とは、いうまでもない。金属ベルト２の裏面に、腐蝕液
に耐えうるプラチナ・金等の金属、カーボン蒸着膜・そ
の他をメッキしたり、プラスチックコーチングを行なっ
たりして、ベースフィルム１を省略してもよい。各一コ
マの金属板の四隅に直径１０mm程度の孔を開け、固定台
１５上の支柱に通すようにしてもよい。ベースフィルム
上に金属板を張り付けたもの、更にホトレジストも塗膜
したもの等の連続ベルト、一コマ分ずつに切ったもの、
様々の材質のもの等、各部の材質・サイズ等を様々に選
んだ規格品を製造するようにすればよい。各コマごとの
金属板の形・サイズも、様々な規格品を造り、腐蝕液等
の処離で、溶解される金属量を最少限に選びうるように
してもよい。黒色部１１、１２等の輪郭のみを黒色に
し、腐蝕処理を経て、フィルム１を剥離する際、それら
輪郭内の不溶解金属片が、フィルムと共に、はずれるよ
うにし、金属の溶解量を減少させてもよい。フィルム１
と、金属板２の付着物を、一コマずつ切断した場合、長
い横棒に１０mm程度のワッシャーを介して、それらを１
枚ずつ離してパーホレーションに棒を通し、腐蝕液中に
つけてもよい。一コマの縦×横のサイズを大小様々に
し、固定台１５上に、２０本程度の支柱を一定間隔で長
方形状に立てておき、小さなコマのものでも、それら支
柱の一部に、パーホレーションをはめ込み、固定しうる
ようにしてもよい。（支柱を任意に固定台上に設けてあ
る孔に植え替えるようにしてもよい。）各コマごとにベースフィルム１が折りたたまれるように
した場合、一コマごとに左右反転像をプリントし、腐蝕
処理後、ジグザグに折り重ね、ベースフィルム同し、金
属板同しが上下に接触するように積層し、一体化するよ
うにしてもよい。金属板間を接着剤で接着し、一体化し
てもよい。小形のものでは、金属板間をホトレジストで
接着してもよい。金属板にドリルや打ち抜きで孔を開け
てもよい部分には、分厚い金属板を用いて加工し、それ
を挿入し、コスト低下を図ってもよい。これら種々の規
格品を自動搬送機付ロッカーに収めておき、ホストコン
ピューターの指示により、必要な時に、適切なものを取
り出して加工を施し、できあがった孔開き金属板を順
次、固定台１５上の支柱に、自動的にはめ込んでゆくよ
うにすればよい。

【００１２】金属板２上にホトレジストを付けたものの
更に上に、二次元像を形成させ、全体に、または、ビー
ムをスキャナーで走査しつつ、強力なレーザーパルスを
照射し、黒色部の金属板を溶融・蒸発させたものを積層
一体化してもよい。その際、表裏面に生じるバリを除去
するため、二つのローラー型、または、円型の回転砥石
間を通過させてもよい。レーザービームを用いる場合、
金属軸の周囲、または、軸の先端に、円盤砥石を取り付
け、相互に逆回転する、二つの円盤砥石間を二次元スキ
ャニングし、両回転軸の中心に開けた金属板に近ずくほ
ど細くなった円錐台形の一方からビームを通過させても
よい。砥石で、バリの大部分は除去されるが、なお、金
属の除去部に曲がり込んだバリが残る。それは、もう一
度スキャニングして、レーザービームの再照射、また
は、ウォータージェット（砥粒を含んでいてもよい）の
噴射で除去すればよい。金属板が、ごく薄い場合には、
この軸中に通すウォータージェットのみで二次元像を形
成させてもよい。これらの場合、金属板の代わりに、プ
ラスチック板を用いてもよい。それらの二次元加工板
は、接着剤・ハンダ・拡散溶接等により、積層一体化さ
れる。

【００１３】図４は、第２実施例の正造装置の正面図。
２７は、底部に、前後に長いスリットを有する、セラミ
ック製の箱型シリンダー。２８は、シリンダーの内容物
を押し下げる金属製プランジャー。２９は、金属・セラ
ミック・プラスチック等の粉末に、導電性を高めるため
の少量の塩類・酢酸アンモニウム・硝酸アンモニウム・
水酸化カルシウム・その他の電解質を加えたものに、ホ
トレジストを混じて、チューインガム程度の硬さにし
た、固形微粉含有ホトレジストベルトで、シリンダーの
スリットから押し出されている。３０〜３１は、その左
右面に、トナーから成る二次元画像を転写する静電写真
型プリンター。３２は、フッ素樹脂・シリコーン樹脂等
で被覆された透明コンベアーベルト。３３〜３４は、そ
れらの上下に設けた光源。

【００１４】固形微粉含有ホトレジストベルト２９は、
下がりながら、プリンター３０〜３１により、左右面に
同一の二次元画像を転写され、右進するコンベアーベル
ト３２上に乗り、光源３３〜３４から光を受け、トナー
の付いていない部分のみが硬化し、図示しない右方の洗
浄槽でトナーが付いた部分が除去され、切断され、積層
される。（金属製プランジャー２８に、プリンター３０
〜３１から出るトナーと逆荷電の電圧を印加してもよ
い。ベルト２９の絶縁性が大きい場合には、シリンダー
２７の直下で、ベルト２９に左右逆荷電のコロナを吹き
付け、プリンター３０と、３１から、それぞれ、その逆
に荷電したトナーを出すようにしてもよい。もちろん、
通常のインクジェットプリンターで、画像をプリントし
てもよい。）プリンター３０〜３１を省略し、代わりに、前後に駆動
するレーザービームスキャナーを設け、ホトレジストを
硬化させるか、光照射で溶解するホトレジストを含む原
料ベルト２９を溶解させるか、熱硬化性粘結剤を含ませ
た原料ベルト２９に、強力なレーザー光を照射して、そ
の部の諸材料を蒸発させたり、飛散させたりし、残りを
後に加熱硬化させたりしてもよい。この積層体をルツボ
１３と類似のルツボ内で、適度に加圧しながら、千度以
下で加熱すると、ホトレジストは、気化、または、炭化
する。残る固形成分のみになれば、高温を加えて、硬く
燒結させる。この場合も、ベルト２９に、透明プラスチ
ックフィルムを片面に張り付け、片面には、フィルム面
にトナーを付けてもよい。（黒色フィルムを用いてもよ
い。）

【００１５】積層する際、コバルト・ニッケル等、バイ
ンダーとして有効な金属粉や、薄板を、挟んでいっても
よい。これら金属の薄板状に、ベルト２９を乗せていっ
てもよい。

【００１６】図５は、第３実施例の平面図である。３５
〜３６は、溝形透明プラスチック連続容器の後壁と前
壁。３７は、その底壁。３８は、その底壁全面にホトレ
ジストを散布するノズル。３９〜４０は、それぞれ異な
る物質を含む、偶数行のペースト状固形微粉含有ホトレ
ジスト原料角柱体。４１〜４３は、奇数行の同様の原料
角柱体。４４〜４５は、原料角柱体３９〜４０を押し出
すためのノズル。４６〜４８は、原料角柱体４１〜４３
を押し出すためのノズル。なお、全ノズルは、前記の製
法等で造られ、それぞれ、図示しないポンプに連なり、
外径２mmの角柱状をなし、４３、４４、４６は、押し出
し端の口径は１mm角の正方形であるが、４５と、４８
は、それぞれ、壁面が後方と、前方に斜めに広がってい
るため、長方形をなす。４９〜５０は、光源。５１は、
その間の加圧ローラー。

【００１７】溝形容器が右進し続ける際、その底壁４７
上にまず、ノズル３８により、一様の厚さにホトレジス
トが散布され、更に、その上に、ノズル４４〜４５か
ら、原料角柱体３９〜４０がそのホトレジスト膜上に乗
るように押し出され、ついで、ノズル４６〜４８から、
その間を埋めるように、原料角柱体４１〜４３が押し出
される。ついで、光源４９と、図示しない底壁３７の下
方の光源で、光の照射を受け、ホトレジストは、やや硬
化し、ローラー５１で上面を平坦にされ、光源で、充分
に硬化される。図示しないが、更に、右進すると、上記
のような諸装置があり、それらの面上に、まず、ホトレ
ジストが一様に散布され、光照射で硬化し、その上に、
ノズルセットから、偶数行と、奇数行の原料角柱体が乗
せられ、光照射や、ローラーによる加圧等を受ける。更
に、右進すれば、それらの上に、同様の層が重層される
ことを反復する。このようにして、溝形容器３５〜３７
内に、ほぼ角柱状の一体化物が形成される。なお、各原
料角柱体は、左右長を数千メートル以上にしたり、断面
のサイズをごく細くしたり、断面の一軸方向に数百本以
上並べたりすることもある。ノズル４４〜４５と、４６
〜４８とを一体化してもよい。その場合、各ノズルの出
口端は、ロート状に広げてもよい。

【００１８】この一体化物は、断面を見れば、ノズル３
８から散布されたホトレジスト膜状に、ノズル４４〜４
８から押し出された、原料角柱体３９〜４３が乗ったも
のを、多数積層したような形になる。ノズル３８と、そ
の右方の同様のノズル及び、奇数行ノズル４６〜４８
と、その右方の同様のノズルから、白色の粉末を含む原
料角柱体を押し出し、偶数行ノズル４４〜４５と、その
右方の同様のノズルから、各々異なる色の微粉を含むホ
トレジストを押し出せば、それらの一体化物の、いずれ
の断面にも、同じ模様が現われることになる。この角柱
状一体化物をスライスすれば、同じ模様のタイル表層用
原料板・溶融色付プラスチックやガラスを原料に用いた
ペンダント・その他ができる。偶数行ノズルから、種々
のＤＮＡ片を・蛋白質・抗体・その他を含む原料角柱体
をノズルから押し出せば、その断片は試薬膜にもなる。
金属やセラミックの微粉を含む場合には、ホトレジスト
を硬化させた後、スライス片を燒結してもよい。実際に
は、ノズル数は、更に多くし、それぞれを原料液ポンプ
につなぎ、一様膜を造るためのノズル３８等は省略し、
前後一列に並んだ細いノズルアレーを右方に多数段、設
け、液を光照射、または、冷却、または、隣接原料角柱
体間での化学反応等で硬化させ、積層一体化物を造るよ
うにしてもよい。このように、ノズルアレーを間隔を取
りながら、左右方向に多数設ければ、光照射・冷却・上
面への硬化物質散布等での硬化が行ないやすい利点が生
じる。光照射で変質しやすい試薬等が、原料角柱体４０
中に含まれる場合、光源４９〜５０の直下に、バーコー
ド状のフィルターを置き、それらに光があたらないよう
にすればよい。原料角柱体３９〜４０にアルギン酸ソー
ダ・フィブリノーゲン・その他の化学反応等で硬化する
物質を加え、ノズル３８、４６〜４８等から出る液中
に、それらを固化させるカルシウムイオン・触媒・酵素
・その他を加えておいてもよい。両者にフィブリノーゲ
ンを加えておき、一方には、プロトロンビンを加え、他
方には、カルシウムイオン等を加え、両者が相い接した
際に、プロトロンビンがトロンビンになり、フィブリノ
ーゲンが水に不溶なフィブリンになり、両者が固係化さ
れるるようにする等してもよい。（特願２００１−１５
６７１２「モザイク型試薬等の製法及びその製造物並び
に製造装置」参照）各ノズルから押し出される液中に、蒸発しやすい有機溶
媒を加えておき、それが蒸発して、残存物が硬化するよ
うにしてもよい。ノズル３８を省略し、底壁３７上と同
幅のプラスチックフィルムをくり出す装置を設け、その
上に、ノズル４４〜４８から出る原料角柱体を、まず、
一層乗せ、半ば硬化した時に、それらの上に次のプラス
チックフィルムを重ね、その上に次のノズルアレーから
出る原料角柱体を乗せてゆくようにしてもよい。（一層
分のみ造り、同じ装置系で、原料液を取り替え、次の層
を造ることを反復し、最後に、それらの層を積層一体化
してもよい。）ＤＮＡ・蛋白質等の長分子試薬を含む一体化物を０．
１mm程度の厚さにスライスして、ＤＮＡチップ等に用い
ることができるが、それら長分子の一部が切断されるこ
ともあるので、スライス後に、表面を０．０１mm程度、
洗い流す等してもよい。

【００１９】なお、硬化促進剤の粉・液等・乾燥風・冷
風その他を原料角柱体３９〜４３等の上面に当ててもよ
い。

【００２０】図６は、第４実施例の製造装置の縦断正面
図である。５２は、容器。５３は、その底面に立てたプ
ラスチック・セラミック・金属等から成る任意の横断面
形状をなす筒。５４は、その中の底部に敷いたプラスチ
ック板。５５は、図示しない三次元スキャナーにより、
駆動されるホトレジスト散布ノズル。５６は、同様の固
形粉末散布ノズル。５７は、レーザービームスキャナー
のヘッド。

【００２１】ノズル５５により、筒５３内のプラスチッ
ク板５４上に、厚さ０．１mm程度になるよう、ホトレジ
ストが散布され、その上に、ノズル５６により、セラミ
ック・プラスチック・硬質プラスチック・金属等の、い
ずれかの固形微粉が散布され、その粒子と、ホトレジス
トの混合層が形成され、ヘッド５７により、二次元画像
がその上に画かれ、光を受けた部は硬化する。同様の動
作が反復され、しだいに積層され、筒５３の上端に達す
れば、動作を終える。筒５２を容器５２から取り出し、
筒の下端と共に、プラスチック板５４を削り取り、筒内
の非硬化ホトレジストを洗浄し、ホトレジストのみの硬
化物より、はるかに硬質の三次元構造物を得る。しか
し、なお、硬質化させたい場合には、それをルツボに入
れ、加熱し、金属やセラミックの微粒子を燒結させる。
プラスチック粉を含む場合には、炭化させ、更に燒結す
る。このように、燒結する場合には、容積が縮小するの
で、筒５３は、原則として、プラスチック製のものを用
いる。

【００２２】なお、燒結を行なわない場合でも、ホトレ
ジストと固形微粉の一体化物中に形成されたノズル系
に、砥粒を含む流体を流し、研磨し、更に、非電解メッ
キ・電解メッキ、または、両者の併用を行なったりし
て、内面を滑らかに、強化してもよい。電解メッキのみ
を行なう場合、導電性を高めるため、ホトレジスト液に
電解質を加えてもよい。ノズル５６から散布された固形
微粉間に入るホトレジストが多い場合、固形微粉間の燒
結が起こりにくくなるので、ノズル５５から散布される
ホトレジスト中にも、固形微粉を加えておいてもよい。
この場合、ホトレジストの粘性が大きいと、均質な薄層
に広がりにくいので、低級アルコール・エチルエーテル
・ブタン・ペンタン・その他の蒸発しやすい希釈溶媒を
（必要なら加圧状態や、冷却状態で）加えておき、散布
後、ただちにノズル５６から散粉し、その後の短時間で
溶媒を蒸発させた後、レーザービームを照射してもよ
い。希釈溶媒として、水・その他を用い、ホトレジスト
が変性しない程度の加温と、気泡が残存しない程度の減
圧環境を与え（蒸発後それら環境を、もどしてもよ
い）、溶媒を急速に蒸発させてもよい。このような溶剤
添加ホトレジストに充分な量の固形微粉を加えた場合、
ノズル５６からの散粉を省略してもよい。その場合、容
器５２を透明材料製にし、筒５３の下端に、多数の小孔
を開けたプラスチック板５４を固着し、容器５２内の底
に、０．１mm程度の深さに貯まるように、固形微粉入り
ホトレジストを追加しながら、容器５２の底面の直上の
ホトレジストに焦点を結ぶレーザービームを照射し、ホ
トレジストを硬化させ、プラスチック板５４の下面に三
次元構造体を形成させながら、筒５３を徐々に引き上げ
てゆくようにしてもよい。時々、筒５３の上端から空気
を注入し、形成物の内空に入っている非硬化ホトレジス
トを下方に押し出す。筒５３等を引き上げて、透明容器
の底にホトレジストを流し、その上に固形微粉を散布
し、筒等を下ろし、レーザービーム照射を行なうことを
反復してもよい。上記のような分岐の多いノズル系の、
各高さでの内径、管の傾斜角等は、流す原料液の粘度等
によっても種々に選ばねばならない。（かなりの実験デ
ータの蓄積が必要になる。）、

【００２３】図７は、前祈実施例の装置等で造ったルツ
ボの縦断面図。５８は、高純度二酸化ケイソ等から成る
ルツボ本体。５９は、その中に設けたダイス。６０は、
その中の横断面が木の葉形をなす空洞。６１は、同じ
く、前後方向にも長いスリット状の空洞。６２は、ダイ
スと本体をつなぐ連結部。６３は、原料粉投入ノズル。
６４は、取り付け棒。６５は、その下面に取り付けた空
洞６０内に入りうる断面形状の結晶引き上げ棒。６６
は、空洞６１に入りうる結晶引き上げ棒。

【００２４】ノズル６３から、太陽電池製造用のシリコ
ン粉末がルツボ５８内に絶えず投入され、高周波加熱等
により、溶融する。その溶融液面は、常に、ダイス５９
の下端から、少し上の位置に保たれるように、原料投入
量、引き上げ棒の引き上げ速度等が制御される。引き上
げ棒６５と６６の下端には、それぞれの形に適合する結
晶種が取り付けられ、取り付け棒６４が下がり、両結晶
種が空洞６０〜６１内の液面に接した後、徐々に引き上
げられ、空洞６０と６１の空洞と同形の単結晶が、結晶
種の下方に、しだいに成長してゆく。その際、結晶が上
昇する間に、ダイス等からの冷却作用を受け、溶融液
は、徐々に固化する。結晶棒が一定の長さに達すれば、
結晶種の直下で切断し、それを取りはずす。空洞６０で
得られた木の葉形の棒は、ダイアモンドカッター等でス
ライスし、木の葉形の単結晶膜にし、両面に電極を設
け、太陽電池にする。空洞６１で得られた膜状結晶は、
短冊状に切断し、同様に太陽電池にする。

【００２５】木の葉形太陽電池は、緑色・木の枝色等の
太陽電池取り付け基板上に規則的、あるいは不規則に並
べて取り付け、更に、その上に、力色のフィルターをか
けたり、画家が墨絵や、色彩画として画く樹木のような
フィルターをかけた保互板をかぶせ、かつ、全体の輪郭
も、一本または数本の樹木のような外形に見えるように
し、屋根や、外壁面に取り付ける。空洞６０の押断形状
を動物の馬・兎・その他の形にしたり、空の雲の形にし
たりして、それらがなす集合体の輪郭も同様の形体に並
べ、いわゆるフラクタル形にした太陽電池システムを造
ることもできる。これらは、人工的な幾何学模様より、
自然に丁和した外見になりやすい。これらの場合、種々
の形の空洞６０等を用い、種々の太陽電池ユニットを造
り、それらを組み合わせ、より自然に見える樹木・雲・
動物の形・会社の看板等を画くようにすることができ
る。空洞６０の横断面を長方形にし、その中央に、ルツ
ボの底壁から伸びた木の葉形の横断面の柱状中子を立
て、空洞との間激の溶融液を引き上げ、それをスライス
し、緑色基板上に並べ、多数の木の葉が並ぶようにする
こともできる。その場合、木の葉の半分の形の横断面の
柱状体を、長方形横断面空洞内の一壁面に取り付け、そ
れで得られたスライス片を二つ並べ、一枚の木の葉形を
造るようにすることもできる。とにかく、種々の大き
さ、形の柱状結晶を造り、スライスし、多様な素材を造
り、様々に組み合わせ芸術的な太陽電池システムが得ら
れるようにする。短冊状結晶の場合は、種々の打ち抜き
金型を造り、様々の形のものを造ればよい。特願２００
０−３９７３２４「模様形成型太陽電池システム」に記
す発明の実施にあたり、材料の選択・外見の設計等の幅
を、より広げることができる。

【００２６】二酸化ケイソ等の微粉を構造材料として用
い、前記のような方法により、一つのダイスに多数の空
洞６０や６１を設け、一挙に多数の短結晶を引き上げる
ようにする。短冊形結晶を打ち抜いて造った太陽電池
は、材料の無駄が少なく、安価に生産できる利点があ
る。

【００２７】図８は、前記実施例の製造法等で造られた
給水栓アダプターの正面図。図９は、その平面図であ
る。６７は、洗面台等の既成の水道蛇口に接続するため
の蛇口接続管。６８〜６９は、その下端をふさぐ半円形
板から成る左右の弁。７０は、弁と接続管との間に存在
するｙ字形の狭い間隙。７１は、接続管の左面から伸び
た連結管。７２は、連結管から出て、上→右後方→下に
向かうハンドル洗浄管。７３は、連結管の左上端の球形
膨大部。７４は、それに下端の球形膨大部がかぶさり、
上端は閉じている、上向きノズル。７５は、その前面に
設けた長方形の溝で、図示しない貫通孔が存在する。７
６は、溝の中に入っており、上部で貫通孔をふさぎ、下
端は、溝の下端につながっている薄いステンレス鋼板・
プラスチック板・その他から成る、縦長の長方形の板状
弁。７７は、その下端に近い部の前に置かれ、前面は、
円筒状をなす、上下長数mmの弁加圧体。７８は、内面の
下半部には、ノズル７４の周囲の図示しない雄ねじにか
み合う雌ねじがあり、上半部には、加圧体７７の前方
が、はまりこんでいる輪状溝が存在する噴水の高さ調節
ねじ。

【００２８】洗面台等の給水栓の蛇口の下端に、接続管
６７の上端をホースのようにはめ込み、給水栓のハンド
ルをひねると、分厚く堅い弁６８〜６９は、ほとんど開
かず、一部の水は、連結管７１を経て、ハンドル洗浄管
７２に入り、給水栓のハンドル上に少量ではあるが注水
される。その水のみで、用が足りる場合には、その水を
用いればよい。その際、常に水洗されるハンドルに手が
触れても、病原菌に感染する等のおそれは、ほとんどな
い。連結管を通る別の水は、球形部７３の上口を通り、
ノズル７４に入り、貫通孔から前に出て、弁７６を押
し、生じた間隙を通り、それより上方の溝７５の中を通
り、ノズル上端より、１００mm程度上昇する噴水とな
り、特許第２９３９５０７「洗面用給水装置」等と同
様、洗面・飲水・口ゆすぎ等に用いることができる。こ
の時、弁７６の上端から上に出る水流は、溝７５の上部
を通るので、水流が整えられる利点がある。この噴水の
向きを変えたい場合には、ノズル７４の上端を前後左右
に動かせば、その下端の球形膨大部が、球形膨大部７３
の周囲である程度回転しうるので、洗面台外に水が飛び
出さない程度の範囲で、自由に変えることができる。ま
た、噴水の高さは、高さ調節ねじ７８を右、または、左
に回わすと、それが上がり下がりし、加圧体７７も溝７
５内で上下移動し、弁７６の下方を加圧体が押さえてお
れば、弁は小さな水圧でも大きく開き、ノズル７４内の
水圧が低下し、噴水の高さは低くなり、加圧体が上昇す
れば、弁７６は高い水圧でなければ開かず、噴水の高さ
は高くなる。なお、加圧体７７が一定の高さにあれば、
給水栓のハンドルをかなり大きく回しても、弁の開きが
増すだけで、水量は増加するが、噴水の高さは、ほとん
ど変わらず、洗面台から飛び出すことはない。更に大き
くハンドルを回わすと、弁６８〜６９が開き、そこから
水が漏れ始め、ノズル７４に加わる水圧が高まりすぎる
のを防ぐ。

【００２９】なお、連結管の左半部を除去し、かつ閉
じ、ハンドル洗浄管のみを用いてもよい。それは、広く
普及している手回しハンドル付のトイレの給水栓に取り
付けるとよい。先端には、噴霧ノズルを用いてもよい。
弁６８〜６９は、薄く造り、上下の管から、水が出るよ
うにしたり、弁６８〜６９の部を閉鎖し、上からのみ、
水が出るようにしてもよい。洗浄管の鉛直部分、及び、
水平の部分をそれぞれ、二重管にし、スライドさせて伸
縮・向きの変更が可能になるようにしてもよい。あるい
は、変形を保持しうる蛇腹管にし、伸縮・向きの変更を
可能にしてもよい。ハンドル洗浄管７２を省略し、上向
きノズル７４等のみを用いてもよい。

【００３０】このアダプターを図６の装置で造る場合、
硬質化したい部には多すぎない範囲で多量の固形微粒子
をノズル５６から散布し、軟質化したい部分には、固形
微粉を散布しないか、ホトレジストの硬質物より柔らか
い物質の微粉を散布するように、四次元制御する。ま
た、間隙７０を造る場合には、ホトレジストが硬化した
状態で、小範囲に固形微粉を過量に散布するとか、パラ
フィン等の軟質材料粉や、水・油等を小量散布する等
し、ｙ字形の開離面を生じさせる。ブロウ成型・その他
を用いる場合には、図１〜３に記す方法で金型を造る。
その際、各部を含む長い一本の成型物を造り、それを何
箇所もで切断し、不要部をすて、有効な端部同しをはめ
込んで接続し、完成品を得るようにしてもよい。

【００３１】その他、本発明は、種々の設計変更がで
き、様々の応用が可能である。

【００３２】

【発明の効果】本発明を実施すれば、複雑な形の硬質三
次元構造体を、比較的安価に、容易に造ることができ、
複雑な形の金型やノズル等の作製、その他、様々な方面
に応用しうる利点が生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施した三次元連続体の製造装置の一
部を示す平面図。

【図２】その縦断正面図。

【図３】金属板等を一体化するためのルツボの縦断正面
図。

【図４】第２実施例の正造装置の正面図。

【図５】第３実施例の平面図。

【図６】第４実施例の製造装置の縦断正面図。

【図７】前祈実施例の装置等で造ったルツボの縦断面
図。

【図８】前記実施例の製造法等で造った給水栓アダプタ
ーの正面図。

【図９】その平面図。

【符号の説明】

１ベースフィルム。２金属板。３パーホレーション。４ホトレジスト塗膜装置。５ホトレジスト膜。６インクジェットプリンターのヘッド。７それを前後に駆動する装置。８ホトレジストの露出部。９枠状の四角形部。１０架橋部。１１ｃ字形の黒色部。１２四角形の黒色部。１３ルツボ。１４その蓋。１５固定台。１６〜１７それから突出した支柱。２００金属板２の積層体。１８加圧板。１９マルチシリンダー。２０〜２１金属板保持用プランジャー。２２加圧板駆動用プランジャー。２３ルツボの下に取り付けたマルチシリンダー。２４〜２６金属板駆動用プランジャー。２７箱型シリンダー。２８プランジャー。２９固形微粉含有ホトレジストベルト。３０〜３１プリンター。３２透明コンベアーベルト。３３〜３４光源。３５〜３６溝形透明プラスチック連続容器の後壁と前
壁。３７その底壁。３８その底壁全面にホトレジストを散布するノズル。３９〜４０偶数行の固形微粉含有ホトレジスト原料角
柱体。４１〜４３奇数行の原料角柱体。４４〜４８原料角柱体を押し出すためのノズル。４９〜５０光源。５１その間の加圧ローラー。５２容器。５３筒。５４プラスチック板。５５ホトレジスト散布ノズル。５６固形粉末散布ノズル。５７レーザービームスキャナーのヘッド。５８ルツボ本体。５９ダイス。６０その中の横断面が木の葉形をなす空洞。６１前後方向にも長いスリット状の空洞。６２連結部。６３原料粉投入ノズル。６４取り付け棒。６５〜６６結晶引き上げ棒。６７蛇口接続管。６８〜６９弁。７０ｙ字形の間隙。７１連結管。７２ハンドル洗浄管。７３球形膨大部。７４上向きノズル。７５溝。７６板状弁。７７弁加圧体。７８噴水の高さ調節ねじ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造材料となる固体板表面、または構造材
料となる固体粉末集合体板中に、光照射で硬化または軟
化するホトレジストが存在する原料板に、造るべき三次
元連続構造体の平行断面に該当する二次元画像の光を照
射し、二次元構造体を形成し、それを連続的に積層し、
ホトレジスト自体の接着作用、接着剤の使用、拡散溶
接、燒結等により、一体化する、三次元連続構造体の製
法及び製造装置及びその製品。
【請求項２】金属薄板の表面にホトレジスト被膜を設
け、裏面には、ホトレジスト、または、プラスチックフ
ィルム、耐蝕性の金属・プラスチックフィルム等を取り
付け、ホトレジスト層に、画像をインクジェットプリン
ター・静電写真法等で二次元画像をプリントするか、ホ
トマスクをかけて露光するか、コンピューター制御の光
ビームスキャナーで、二次元像を転写したものを用いる
ことを特徴とする、請求項１に記載の積層一体化された
三次元連続構造体の製法及び製造装置及びその製品。
【請求項３】固体粉末と、ホトレジストを混練した半固
形板に二次元画像光を照射して得られる二次元構造板を
積層一体化することを特徴とする、請求項１に記載の三
次元連続構造体の製法及び製造装置及びその製品。
【請求項４】硬質材料薄板にレーザーパルス、または、
ウォータージェットでそれらを部分的に貫通除去した二
次元構造板を形成させ、それらを積層一体化することを
特徴とする、三次元連続構造体の製法及び製造装置及び
その製品
【請求項５】ホトレジスト、または、温度変化、化学反
応、酵素反応等で固形化する物質に、種々の固体微粉、
色素、ＤＮＡ・蛋白質・その他の試薬等を加え、それぞ
れを異なるノズルから、平行に、ベルトコンベア上に線
状に押し出し、固形化反応を起こさせて得た一体化板を
積層一体化することを特徴とする、三次元連続構造体の
製法及び製造装置及びその製品。
【請求項６】容器中に筒状外枠を立て、その底部、また
は、表面より、しだいにホトレジストを追加積層し、コ
ンピューター制御された光ビームスキャナーで、二次元
画像形成光を照射してゆく製法において、ホトレジスト
を追加積層するごとに、構造材料用固形物質粉を散布す
るか、そのホトレジスト液中に、構造材料用固形物質粉
を加えるか、構造材料用固形物質粉を散布することを省
略し、構造用固形物質粉を含むホトレジスト液を積層す
ることのみを行なうことを特徴とする、請求項１に記載
の三次元連続構造体の製法及び製造装置及びその製品。
【請求項７】ホトレジストと、セラミック・プラスチッ
ク・金属等の微粉から成る成型品の表面や内面に、金属
メッキをする、請求項１に記載の三次元連続構造体の製
法及び製造装置及びその製品。
【請求項８】請求項１の製法等により、木の葉形、その
他任意の横断面形状をなす筒状空洞を設けたダイスをル
ツボ内に保持し、シリコン等の結晶原料溶融液をダイス
の空洞内に達するように補充しつつ、結晶種を下端に取
り付けた、空洞内に上から入ることのできる引き上げ棒
を設け、空洞内と同形の鉱物等の単結晶を得ることを特
徴とする、請求項１に記載の三次元連続構造体の製法及
び製造装置及びその製品。
【請求項９】請求項７の製法により得られた木の葉状、
その他の形状のシリコン半導体の切片で造られた太陽電
池を、種々の色彩・模様等を施した基板状に張り付けた
り、それらの上に模様付フィルターをかけたりし、全体
の輪郭及び表示模様が樹木状・動物状・雲状・会社の看
板状・その他をなすように形成される、請求項１に記載
の三次元連続構造体の製法及び製造装置及びその製品を
用いたことを特徴とする製品。
【請求項１０】ハンドル付水道蛇口につなぐ接続管に連
なる枝状連結管につながり、ハンドルに上から水をかけ
る湾曲したハンドル洗浄管を設け、連結管の端を球形化
し、それに適合する球形下端を持つ閉鎖ノズルを設け、
その前面に貫通孔を開けた溝を設け、溝中に板状弁を入
れ、その弁を加圧し、かつ、弁に接しながら上下移動し
うる弁加圧体を設け、該弁加圧体を上下移動させるノズ
ルの周囲にはめ込んだ噴水の高さ調節ねじを設けた、請
求項１に記す製法等を用いて製造される給水栓接続用ア
ダプター。