JP2003320589A

JP2003320589A - 光造形装置

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Publication number: JP2003320589A
Application number: JP2002130935A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yamano; 健治山野; Atsunori Watabe; 厚則渡部; Ryoji Yamamura; 良二山村
Original assignee: Denken KK
Current assignee: Denken KK
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2003-11-11
Anticipated expiration: 2022-05-02
Also published as: JP3898563B2

Abstract

(57)【要約】【課題】長時間の加熱によって生じる樹脂組成物の劣
化を回避し、また、ウォーミングアップ時間を短縮する
ことができるように構成した光造形装置を提供する。【解決手段】この光造形装置は、樹脂組成物を供給す
るための供給用タンク１５と、供給用タンク１５へと樹
脂組成物を補充するように構成された補充用タンク１７
と、供給用タンク内１５の樹脂組成物の量を計測する計
測手段と、補充用タンク１７による補充量を制御する制
御手段とを有し、制御手段が、計測手段から出力される
信号に応じて補充量を制御し、且つ、造形作業が終了す
ると加熱手段を自動的に停止させることによって、供給
用タンク１５や搬送経路上に残留した樹脂組成物の劣化
を回避すること、及び、ウォーミングアップの時間を大
幅に短縮することができるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度変化によって
可逆的かつ急速にゾル−ゲル相転移を引き起こす機能を
有する可逆的急速相転移性樹脂成分を含む樹脂組成物
に、光を照射することによって立体的な造形物を形成す
るという、光造形法を実施するための光造形装置に関
し、特に、可逆的急速相転移性樹脂成分を含む光造形法
用樹脂組成物を使用した光造形法を、好適に実施するこ
とができる光造形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光造形法用の樹脂組成物とし
て、様々な種類のものが開発され、実用に供されてい
る。例えば、特開２００１−４９１２９号公報には、温
度変化によって可逆的かつ急速にゾル−ゲル相転移を引
き起こす機能を有する「可逆的急速相転移性樹脂成分」
と、光照射により硬化する「光硬化性成分」とを含むこ
とを特徴とする光造形法用樹脂組成物に関連する技術が
開示されている。

【０００３】また、この公報には、「可逆的急速相転移
性樹脂成分を含む光造形法用樹脂組成物」の具体例とし
て、「常温でゲル状態であり、かつ、約８０℃でゾル状
態に変移する組成物（成分：ウレタンアクリレート系紫
外線硬化樹脂、シンジオタクチックポリメチルメタクリ
レート、及び、アイソタクチックポリメチルメタクリレ
ート）」を好適に使用できること、更に、このような光
造形法用樹脂組成物を用いれば、サポート等の部品の成
形を行うこと無く、しかも優れた成形サイクルにて、多
様な形状、構造の造形物を成形できる、ということが記
載されている。

【０００４】この公報に記載されているような、「常温
でゲル状態であり、かつ、約８０℃でゾル状態に変移す
る、可逆的急速相転移性樹脂成分を含む光造形法用樹脂
組成物」を使用した光造形法は、例えば、図４に示すよ
うな光造形装置５０を用いることによって実施すること
ができる。

【０００５】この光造形装置５０は、基本的には、図示
されているように、樹脂供給部５１、供給口５２、ガイ
ド５３、リコータ５４、エレベータ５５、サイドエッジ
５６、樹脂回収部５７、回収口５８、断熱プレート５
９、及び、図示しない供給用タンク、露光手段並びに制
御手段等によって構成されている。

【０００６】そして、この光造形装置５０は、（イ）エ
レベータの降下、（ロ）樹脂組成物の搬送・供給、
（ハ）塗布及び表面の均し、（ニ）光照射、という工程
を順次実行するとともに、これら一連の手順を必要な回
数だけ繰り返し実行することによって、上記樹脂組成物
を使用した光造形法を実施できるようになっている。

【０００７】尚、これらの各工程における作業は、それ
ぞれ次のような要領で実施される。［イエレベータの
降下］まず、図５の（１）に示されているように、エレ
ベータ５５を一点鎖線で示す基準面Ｂ（樹脂供給部５
１、サイドエッジ５６、及び、樹脂回収部５７の上面と
一致する面）から一層分（例えば、０．２ｍｍ）降下さ
せる。

【０００８】［ロ樹脂組成物の搬送・供給］そして、
リコータ５４が樹脂供給部５１の供給口５２よりも外側
（図５において右側）にある状態において、所定量の樹
脂組成物６４を、供給用タンクから樹脂供給管６３及び
供給口５２を介して、樹脂供給部５１の上面に供給す
る。

【０００９】［ハ塗布及び表面の均し］次に、図５の
（２）に示すように、リコータ５４を、樹脂供給部５１
側から樹脂回収部５７側へと移動させることによって、
エレベータ上面５５ａ（或いは、既にエレベータ５５上
に積層された下位の樹脂組成物層の上面）の全面に、樹
脂組成物６４を均一な厚さにて塗布、供給する。

【００１０】［ニ光照射］そして、この状態で露光手
段を用いて描画的な光照射を行い、樹脂組成物６４の一
部を光硬化させる。

【００１１】以上のような工程イ〜ニを、必要な回数だ
け繰り返し実行し、これによって、作製しようとする立
体造形物の形成が終了したら、最後に、未硬化樹脂の除
去を行う。

【００１２】尚、上記の工程において、リコータ５４に
よる塗布の際に生じる樹脂組成物の余剰分６４ｃは、図
５の（３）に示されているように、塗布工程の終端側
（図５において左側）に設けられた回収口５８より回収
されるようになっている。

【００１３】また、供給用タンクは、樹脂回収部５７
よりも低い位置に配置され、樹脂回収管６１は、樹脂回
収部５７から供給用タンクにかけて、下方へ延出するよ
うな構成となっているので、回収口５８より回収された
樹脂組成物６４の余剰分６４ｃは、樹脂回収管６１を通
り、自重のみによって供給用タンクへと戻され、速やか
に再利用されるようになっている。

【００１４】ところで、この光造形装置５０において
は、供給用タンクや樹脂組成物の搬送経路上（樹脂供給
管６３、樹脂供給部５１、リコータ５４、樹脂回収部５
７、樹脂回収管６１等）に、加熱手段が設けられてい
る。これは、使用される樹脂組成物が、「常温」という
温度条件下では、「ゲル状態」（いわゆる「寒天状」）
となってしまい、この状態のままでは、搬送経路上を円
滑に搬送したり、エレベータ５５の上面に供給して均し
たりすることが困難であるので、これを回避するため、
樹脂組成物を加熱によって流動性を有する「ゾル状態」
へと変移させた状態にしておく必要があるからである。

【００１５】一方、エレベータ５５には加熱手段は設け
られていない。このため、エレベータ５５上に供給さ
れ、リコータ５４によって表面を均された樹脂組成物６
４は、３０秒から１分程度経過すると、常温下でゲル
化、即ち、ゾル状態からゲル状態へと変移することにな
る。そして、ゲル状態に変移したその樹脂組成物に対し
て描画的な光照射を行うことにより、樹脂組成物を部分
的に光硬化させる。このとき、光照射が行われなかった
部分については、当然、光硬化しないことになるが、常
温下でゲル化しているため、この樹脂組成物の層の上
に、新たに樹脂組成物層を形成した場合、下位の層は、
光硬化した部分のみならず、光硬化していない部分を含
めて、全面的に上位の層を支えることとなる。そして、
光硬化していないゲル状態の部分は、加熱することによ
り、簡単に除去することができる。

【００１６】尚、二つの断熱プレート５９は、前記加熱
手段より生じる熱が、エレベータ５５及びその上に積層
された樹脂組成物６４へと伝導してしまうことを好適に
遮断し、積層後における樹脂組成物６４のゾル化を防止
するために設けられている。

【００１７】光造形装置５０は、以上のような構成とな
っているため、オーバーハングを有する造形物や、第１
の部材の中空内部に、これとは物理的に独立した第２の
部材を有するような、複雑な造形物などであっても、サ
ポート等の部品の成形を行うことなく、好適に作製する
ことができる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上に
説明したような光造形装置は、供給用タンクや搬送経路
上において、樹脂組成物を常に加熱するようになってい
るため、樹脂組成物を長時間の加熱によって劣化させて
しまうという問題を有している。

【００１９】樹脂組成物が劣化してしまうと、造形精度
が低下するといった問題を生じてしまうほか、樹脂組成
物が光照射を行わなくても硬化してしまうため、樹脂供
給管等を詰まらせ、樹脂組成物を円滑に搬送することが
できなくなってしまうといった問題も生じさせてしまう
ことになる。

【００２０】また、加熱によって生じる樹脂組成物の劣
化を回避するためには、造形作業の終了後速やかに、樹
脂組成物への加熱を止めることが望ましいが、光造形法
による造形作業は、相当の時間を必要とするため、自動
運転によって行われることが多いこと、作業の終了が深
夜になる場合も多いこと、作業者が常駐することは稀で
あること等から、作業の終了後速やかに、その加熱を停
止することが難しかった。

【００２１】そのため、造形作業の終了後においても、
搬送経路上に残留した樹脂組成物が、加熱手段によって
長時間加熱され続けるため、このことによっても、先に
述べたような、樹脂組成物を劣化させてしまうという問
題が生じていた。

【００２２】さらに、このような光造形装置において
は、前述したように、供給用タンクに加熱手段が設けら
れており、常温下でゲル状態になっている樹脂組成物を
タンク内に投入した後、これをタンク内で十分に加熱
し、流動性を有するゾル状態に変移させた上で、樹脂供
給部５１へと送出するようになっているが、大量の樹脂
組成物をタンク内へ一度に投入した場合には、ウォーミ
ングアップ完了まで（即ち、円滑に送出できるような流
動性が得られるまで）、かなりの時間がかかり、成形作
業の遅延化を招いてしまうという問題も有していた。

【００２３】本発明は、上記のような従来の光造形装置
における問題点を解決すべくなされたものであって、長
時間の加熱によって生じる樹脂組成物の劣化を回避し、
更に、ウォーミングアップ時間を短縮することができる
ように構成した光造形装置を提供することを目的とす
る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の光造形装置は、温度変化によって可逆的かつ急速にゾ
ル−ゲル相転移を引き起こす機能を有する可逆的急速相
転移性樹脂成分と、光照射により硬化する光硬化性成分
と、を含む光造形法用の樹脂組成物を使用して光造形法
を実施するための装置であって、樹脂組成物を供給する
ための供給用タンクと、供給用タンクへと樹脂組成物を
補充するように構成された補充用タンクと、供給用タン
ク内の樹脂組成物の量を計測する計測手段と、補充用タ
ンクによる補充量を制御する制御手段とを有し、制御手
段が、計測手段から出力される信号に応じて補充量を制
御することによって、供給用タンク内の樹脂組成物の劣
化を回避すること、及び、ウォーミングアップの時間を
大幅に短縮すること、ができるように構成されているこ
とを特徴としている。

【００２５】また、本発明の請求項２に記載の光造形装
置は、樹脂組成物を加熱するための加熱手段と、加熱手
段を制御する制御手段とを有し、制御手段が、造形作業
が終了すると加熱手段を停止させることによって、供給
用タンクや搬送経路上に残留した樹脂組成物の劣化を回
避することができるように構成されていることを特徴と
している。

【００２６】更に、本発明の請求項３に記載の光造形装
置は、樹脂組成物を供給するための供給用タンクと、供
給用タンクへと樹脂組成物を補充するように構成された
補充用タンクと、供給用タンク内の樹脂組成物の量を計
測する計測手段と、樹脂組成物を加熱するための加熱手
段と、補充用タンクによる補充量及び加熱手段を制御す
る制御手段とを有し、制御手段が、計測手段から出力さ
れる信号に応じて補充量を制御し、且つ、造形作業が終
了すると加熱手段を自動的に停止させることによって、
供給用タンクや搬送経路上に残留した樹脂組成物の劣化
を回避すること、及び、ウォーミングアップの時間を大
幅に短縮すること、ができるように構成されていること
を特徴としている。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の好適な実施形態について説明する。図１は、本発明の
第１の実施形態に係る光造形装置の要部を示す断面斜視
図である。

【００２８】この図において１は、樹脂供給部、２は供
給口、３はガイド、４はリコータ、５はエレベータ、６
はサイドエッジ、７は樹脂回収部、８は回収口、９は断
熱プレートである。これらの構成要素の詳細について
は、先に説明した従来の光造形装置５０（図４、図５参
照）と変わるところが無いので、これらの説明は省略す
る。

【００２９】図２は、この光造形装置に用いる供給用タ
ンク１５及び補充用タンク１７の切欠斜視図である。こ
の供給用タンク１５は、造形作業に必要な量の樹脂組成
物を、供給管（図示せず）を介して、樹脂供給部１へと
供給するようになっている。また、この供給用タンク１
５は、図１に示した樹脂回収部７よりも低い位置に配置
されており、回収口８より回収管（図示せず）を介して
落下してきた余剰分の樹脂組成物を受け入れるようにな
っている。

【００３０】図示されているように、供給用タンク１５
の内部には、ヒーター１６が設けられており、貯留して
いる樹脂組成物を加熱し、流動性のある「ゾル状態」と
するようになっている。また、ここでは図示されない
が、供給用タンク１５には、供給用タンク１５内の樹脂
組成物の量を計測する計測手段として、重量センサーが
取り付けられており、この重量センサーは、計測した値
に基いて信号を出力するようになっている。

【００３１】補充用タンク１７は、供給用タンク１５へ
と樹脂組成物を補充するためのものであり、供給用タン
ク１５の上方に配置され、その底面が開放された状態と
なっている。また、１８は、棒状のストッパーであり、
図示されているように、補充用タンク１７の内部下側に
取り付けられている。このストッパー１８は、補充用タ
ンク１７内に収容した樹脂組成物１４が、開放された底
面から落下しないようにするためのものであるが、電力
を供給すると発熱するようになっている。

【００３２】ここで、本実施形態に係る光造形装置によ
る造形作業における、供給用タンク１５及び補充用タン
ク１７の作用について説明する。造形作業が行われる場
合、まず最初に、造形作業に使用にする樹脂組成物１４
を、供給用タンク１５及び補充用タンク１７へと投入す
る。

【００３３】尚、この時点において供給用タンク１５へ
と投入される樹脂組成物１４は、必要最小限の量である
ことが好ましい。これは、樹脂組成物１４の量が少なけ
れば、供給用タンク１５内すべての樹脂組成物を「ゾル
状態」へと変移させるまでの時間が短くなるので、ウォ
ーミングアップの時間を短縮することができる上、必要
量以上の樹脂組成物１４を加熱しないことになるため、
長時間の加熱によって生じる樹脂組成物１４の劣化を回
避することができるからである。

【００３４】供給用タンク１５へと投入された樹脂組成
物１４は、ヒーター１６によって「ゾル状態」とされ
て、樹脂供給部１へと供給され、造形作業に使用する。
一方、補充用タンク１７へと投入された樹脂組成物１４
は、この時点においては加熱されていないので、ゲル状
態（寒天状）となっている。このため、補充用タンク１
７内の樹脂組成物１４は、図３の（ａ）において示すよ
うに、二本のストッパー１８によってその全体が支持さ
れ、供給用タンク１５へと落下しないようになってい
る。

【００３５】その後、光造形装置による造形作業が進
み、供給用タンク１５内の樹脂組成物が使用に供されて
所定量以下となると、制御手段は、重量センサーからの
信号によってこれを検知し、ストッパー１８へと電力の
供給を行う。これにより、補充用タンク１７内の樹脂組
成物１４は、ストッパー１８の周辺より、ゲル状態から
流動性のあるゾル状態へと変移し、図３の（ｂ）で示さ
れるように、補充用タンク１７から、その下方に配置さ
れた供給用タンク１５へと落下することになる。

【００３６】また、補充用タンク１７からの樹脂組成物
１４の補充が行われることにより、今度は、供給用タン
ク１５内の樹脂組成物１４が所定量以上となると、制御
手段は、重量センサーからの信号によってこれを検知
し、ストッパー１８への電力の供給を停止する。これに
より、補充用タンク１７内の樹脂組成物１４は、ゾル状
態へと変移しなくなり、供給用タンク１５へと落下しな
いことになる。

【００３７】このように、本実施形態に係る光造形装置
は、制御手段によってストッパー１８を制御し、補充用
タンク１７から供給用タンク１５へと補充される樹脂組
成物１４の量を調整するようになっているので、供給用
タンク１５において必要量以上の樹脂組成物１４を加熱
せず、長時間の加熱によって生じる樹脂組成物１４の劣
化を回避することができる。

【００３８】また、補充用タンク１７から供給用タンク
１５へと、適宜、樹脂組成物を補充することができるの
で、従来の光造形装置のように、大量の樹脂組成物を供
給用タンク内へ一度に投入しないで済み、ウォーミング
アップの時間を大幅に短縮することができる。

【００３９】尚、供給用タンク１５内の樹脂組成物の計
測手段として、以上に説明したような重量センサー以外
にも、液面センサーを使用することも可能である。液面
センサーを使用する場合、この液面センサーは、供給用
タンク１５に取り付けられ、供給用タンク１５内の液面
位置が所定の位置より高い場合及び低い場合に、信号を
出力するようになっている。

【００４０】そして、液面センサーからの信号を受ける
制御手段は、供給用タンク１５における樹脂組成物の液
面が所定の位置よりも低いという信号を受けた場合に
は、ストッパー１８へと電力を供給するように、逆に、
所定の位置よりも高いという信号を受けた場合には、ス
トッパー１８への電力を停止するようになっており、こ
れにより、ストッパー１８を制御するようになってい
る。

【００４１】このように、計測手段として、液面センサ
ーを使用することによっても、供給用タンク１５内の樹
脂組成物の量を計測することが可能である。

【００４２】また、本実施形態においては、制御手段に
よってストッパー１８を制御することにより、補充用タ
ンク１７から供給用タンク１５へと、樹脂組成物を補充
するようになっているが、樹脂組成物の補充は、他の方
法によって行うことも可能である。

【００４３】例えば、ゲル状態の樹脂組成物を、適宜、
補充用タンク１７から物理的に押し出すようにして、供
給用タンク１５へと補充するような構成としても良い。
要は、必要となる樹脂組成物を、適宜、補充用タンク１
７から供給用タンク１５へと補充することができるよう
な構成となっていれば良いのであって、このような構成
であれば、いかなる方法・手段によるものであっても適
用することができる。

【００４４】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。本実施形態に係る光造形装置は、制御手段によ
って、樹脂組成物を加熱するための加熱手段を、造形作
業の終了後速やかに、停止させるように構成したことを
特徴としている。

【００４５】樹脂組成物を加熱するための加熱手段（図
示せず）は、樹脂組成物をゾル状態として円滑に搬送す
るため、供給用タンク１５や樹脂組成物が搬送される搬
送経路上（樹脂供給部１、供給口２、リコータ４、回収
口８、樹脂回収部７等）に設けられている。

【００４６】また、制御手段（図示せず）は、造形作業
が終了すると、これら加熱手段を自動的に停止させるよ
うになっている。

【００４７】そのため、本実施形態に係る光造形装置
は、造形作業の終了後速やかに、加熱手段を停止させる
ことができるので、供給用タンクや搬送経路上に残留し
た樹脂組成物を加熱し続けることがなく、長時間の加熱
によって生じる樹脂組成物の劣化を回避することができ
る。

【００４８】

【発明の効果】以上に説明したように、本実施形態に係
る光造形装置は、制御手段によってストッパーを制御
し、補充用タンクから供給用タンクへと補充される樹脂
組成物の量を調整するようになっているので、供給用タ
ンクにおいて必要量以上の樹脂組成物を加熱しないた
め、長時間の加熱による樹脂組成物の劣化を回避するこ
とができる。

【００４９】また、補充用タンクから供給用タンクへ
と、適宜、樹脂組成物を補充することができるので、従
来の光造形装置のように、大量の樹脂組成物を供給用タ
ンク内へ一度に投入しないで済み、ウォーミングアップ
の時間を大幅に短縮することができる。

【００５０】さらに、本実施形態に係る光造形装置は、
造形作業の終了後速やかに、加熱手段を停止させること
ができるので、供給用タンクや搬送経路上に残留した樹
脂組成物を加熱し続けることがなく、長時間の加熱によ
る樹脂組成物の劣化を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る光造形装置の
要部断面斜視図。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る光造形装置に
用いられる供給用タンク１５及び補充用タンク１７を示
す一部切欠斜視図。

【図３】補充用タンク１７における樹脂組成物１４の
変移の様子を示した図

【図４】従来の光造形装置５０の要部斜視断面図。

【図５】従来の光造形装置５０の作動態様の説明図。

【符号の説明】

１，５１：樹脂供給部、２，５２：供給口、３，５３：ガイド、４，５４：リコータ、５，５５：エレベータ、５５ａ：エレベータ上面、６，５６：サイドエッジ、７，５７：樹脂回収部、８，５８：回収口、９，５９：断熱プレート、６１：樹脂回収管、６３：樹脂供給管、１４，６４：樹脂組成物、６４ｃ：余剰分、１５：供給用タンク、１６：ヒーター、１７：補充用タンク、１８：ストッパー、５０：光造形装置、Ｂ：基準面、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山村良二大分県大分郡挾間町大字高崎97番地の１株式会社デンケン内Ｆターム(参考） 4F213 AA44 AC06 AP13 AR14 WA25 WA97 WB01 WL02 WL12 WL74 WL85 WL96

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】温度変化によって可逆的かつ急速にゾル−
ゲル相転移を引き起こす機能を有する可逆的急速相転移
性樹脂成分と、光照射により硬化する光硬化性成分と、
を含む光造形法用の樹脂組成物を使用して光造形法を実
施するための装置であって、樹脂組成物を供給するための供給用タンクと、前記供給
用タンクへと樹脂組成物を補充するように構成された補
充用タンクと、前記供給用タンク内の樹脂組成物の量を
計測する計測手段と、前記補充用タンクによる補充量を
制御する制御手段と、を有し、前記制御手段が、前記計測手段から出力される信号に応
じて前記補充量を制御するようになっていることを特徴
とする光造形装置。
【請求項２】温度変化によって可逆的かつ急速にゾル−
ゲル相転移を引き起こす機能を有する可逆的急速相転移
性樹脂成分と、光照射により硬化する光硬化性成分と、
を含む光造形法用の樹脂組成物を使用して光造形法を実
施するための装置であって、樹脂組成物を加熱するための加熱手段と、当該加熱手段
を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段が、造形作業が終了すると前記加熱手段を
停止させるようになっていることを特徴とする光造形装
置。
【請求項３】温度変化によって可逆的かつ急速にゾル−
ゲル相転移を引き起こす機能を有する可逆的急速相転移
性樹脂成分と、光照射により硬化する光硬化性成分と、
を含む光造形法用の樹脂組成物を使用して光造形法を実
施するための装置であって、樹脂組成物を供給するための供給用タンクと、前記供給
用タンクへと樹脂組成物を補充するように構成された補
充用タンクと、前記供給用タンク内の樹脂組成物の量を
計測する計測手段と、樹脂組成物を加熱するための加熱
手段と、前記補充用タンクによる補充量及び前記加熱手
段を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段が、前記計測手段から出力される信号に応
じて前記補充量を制御し、且つ、造形作業が終了すると
前記加熱手段を自動的に停止させるようになっているこ
とを特徴とする光造形装置。