JP4459741B2 - 光学的立体造形方法 - Google Patents

Description

本発明は光硬化性樹脂組成物を用いる光学的立体造形方法に関する。より詳細には、本発明は、光硬化性樹脂組成物を用いて、寸法精度、外観、強度などに優れる高品質の立体造形物を、高い造形精度で且つ速い造形速度で、生産性良く製造するための光学的立体造形方法に関するものであり、本発明による場合は小型から大型に至る各種の立体造形物を円滑に製造することができる。

近年、三次元ＣＡＤに入力されたデータに基づいて光硬化性樹脂を硬化させて立体造形物を製造する光学造形方法および装置が実用化されている。この光造形技術は、設計の途中で外観デザインを検証するためのモデル、部品の機能性をチェックするためのモデル、鋳型を製作するための樹脂型、金型を製作するためのベースモデルなどのような複雑な三次元物体を容易に造形できることから注目を集めている。

光学造形方法によって造形物を製造するに当たっては、造形浴を用いる方法が汎用されており、その手順としては、造形浴に液状の光硬化性樹脂を入れ、液面に所望のパターンが得られるようにコンピューターで制御されたスポット状の紫外線レーザー光を選択的に照射して所定の厚みに光硬化させて硬化樹脂層を形成し、その硬化樹脂層を造形浴内で下方に移動させて造形浴内の光硬化性樹脂液を該硬化樹脂層上に流動させて光硬化性樹脂液の層を形成させ、その光硬化性樹脂液層にスポット状の紫外線レーザー光を照射して硬化樹脂層を形成し、前記の工程を所定の形状および寸法の立体造形物が得られるまで繰り返して行う方法が広く採用されている。

しかしながら、スポット状の紫外線レーザー光を用いる上記した従来法による場合は、１個のスポット状レーザー光を光硬化性樹脂の表面に照射しながら移動させて面状の光硬化したパターンを形成するいわゆる点描方式であるため、造形に長い時間を要し、生産性が低いという問題がある。しかも、光源として用いられる紫外線レーザー装置は極めて高価であるため、この種の光学的立体造形装置を高価格なものにしている。

上記した従来技術の欠点の解消を目的として、微小ドットエリアでの遮光制御が可能な光シャッターを連続的に一列配置したライン形状の露光マスクを用い、該露光マスクを光シャッターの配列方向と直交方向に走査させながら、所定の水平断面形状データに応じて光シャッターを制御することによって１層分の光硬化した樹脂層を順次形成する光学的立体造形法が提案されている（特許文献１を参照）。この方法による場合は、光源として高価な紫外線レーザー装置を必ずしも使用する必要がなく、通常の紫外線ランプのような安価な光源を用いることができ、またスポット状の紫外線レーザー光を用いる前記従来の方法に比べて造形速度を速くすることができる。しかしながら、この方法による場合は、線状の光硬化部を露光マスクの走査方向に１列ずつ形成し、それを多数回繰り返すことによって１層分の断面形状パターンを形成してゆく方式であることにより、露光マスクの走査速度を速くすると、十分に光硬化した１列毎の光硬化部を形成することができなくなるため、露光マスクをゆっくり走査する必要がある。しかも、１列毎の光硬化部を次々と形成して面状の光硬化層を形成する方式のため造形に時間がかかる。そのため、造形速度が十分に速いとは言えず、生産性の点で十分に満足のゆくものではない。

また、上記とは別の方法として、光源と光硬化性樹脂組成物の表面との間に、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な液晶シャッターよりなる面状描画マスクを固定配置し、面状描画マスクの停止状態で、形成しようとする１層分の断面形状パターンに応じて面状描画マスクに所定のマスクパターンを形成させ、そのマスクパターンを介して光硬化性樹脂組成物の表面に光を照射して光硬化性樹脂組成物を硬化させて１層分の断面形状パターンを形成させ、次いで該光硬化した断面形状パターンの上に次の１層分の光硬化性樹脂組成物を供給し、面状描画マスクの停止状態で、形成しようとする１層分の断面形状パターンに応じて面状描画マスクに次の所定のマスクパターンを形成させ、そのマスクパターンを介して光硬化性樹脂組成物の表面に光を照射して光硬化性樹脂組成物を硬化させて次の１層分の断面形状パターンを形成させるという操作を繰り返して立体造形物を製造する方法が知られている。

この方法による場合は、光硬化性樹脂組成物の表面への光照射および１層分の光硬化した断面形状パターンを、面状で一度に形成するため、スポット状の紫外線レーザーを用いる上記した従来法や、微小ドットエリアの遮光制御可能な光シャッターを連続的に１列配置したライン形状の露光マスクを用いる上記した特許文献１に記載されている方法に比べて、光造形速度を速くすることができる。
この方法によって立体造形物を製造するに当たっては、造形精度（解像度）の点から、面状描画マスクから投影される光硬化性樹脂組成物表面での隣接する微小ドットエリア間の距離は０．１ｍｍ以下であることが必要であるとされており、そのため、画素数は、例えば、造形エリアサイズが２５０ｍｍ×２５０ｍｍの小型のもので少なくとも２５００×２５００ドット程度必要であり、また造形エリアサイズが６００ｍｍ×６００ｍｍの中型のものでは少なくとも６０００×６０００ドット程度必要である。しかしながら、現存する液晶マスク（液晶シャッター）や、デジタルマイクロミラーシャッターではこれを実現する解像度のものは存在しないか、または存在しても極めて高価である。

また、固定配置した面状描画マスクを停止した状態で光照射を行うこの方法による場合は、露光形状パターンの精細度は、面状描画マスクの精細度（粗さ）と面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物表面に投影されるパターンとの拡大・縮小率によって決定され、拡大率が小さいほど（縮小率が大きいほど）光硬化性樹脂組成物の表面での光ドット間の距離が小さくなって造形面に形成される断面形状パターンの精細度が向上し、反対に拡大率が大きいほど光硬化性樹脂組成物の表面での光ドット間の距離が大きくなって造形面に形成される断面形状パターンの精細度が低下する。
そのため、面状描画マスクを固定配置したこの方法による場合は、精細度（造形精度）に優れる大型の立体造形物を製造することは困難であり、精細度（造形精度）の点から小型の立体造形物の製造にしか適用できないというのが現状である。

固定配置した面状描画マスクを用いる上記した方法の欠点を解消して、小型の液晶シャッターを使用して大型の立体造形物の製造を可能にすることを目的として、光を選択的に透過または遮光する液晶シャッター（液晶マスク）を光硬化性樹脂の液面に対して平行に走行し得るように配置すると共に、液晶シャッターの走行範囲を複数に分割し、液晶シャッターをその分割された走行範囲の第１の範囲まで移動して停止させ、液晶シャッターを停止させた状態で液晶シャッターの背部に設けた光源を該液晶シャッターの範囲で移送しながら該液晶シャッターを介して光硬化性樹脂表面に光を照射して該分割された第１の範囲に相当する硬化部分を形成させ、次いで液晶シャッターを第２の分割された走行範囲まで移動して停止させ、液晶シャッターを停止させた状態で液晶シャッターの背部に設けた光源を該液晶シャッターの範囲で移送しながら該液晶シャッターを介して光硬化性樹脂表面に光を照射して該分割された第２の範囲に相当する硬化部分を形成させ、それと同じ操作を１層分の所定の断面形状パターンが光硬化性樹脂組成物の表面に形成されるまで行い、そして前記工程を所定の立体造形物が形成されるまで繰り返して立体造形物を製造する方法が提案されている（特許文献２を参照）。

しかしながら、特許文献２に記載されている方法による場合は、液晶シャッターの分割された第１の走行範囲への移動−液晶シャッターの停止状態での光照射（光硬化性樹脂表面での光硬化部の形成）−液晶シャッターの分割された第２走行範囲への移動−液晶シャッターの停止状態での光照射（光硬化性樹脂表面での光硬化部の形成）・・・という操作の繰り返しによって１層分の硬化した断面形状パターンが形成され、それを更に多層にわたって繰り返すことによって立体造形物を製造しており、液晶シャッターが複数に分割されたそれぞれの走行範囲位置まで移動しているときには光照射が行われない。そのため、この方法による場合は、露光が継続して行われず、断続的になされるため、造形速度が遅くなる。しかも、この方法による場合は、液晶シャッターの走行範囲を複数に分割し、各々区分において液晶シャッターを停止させた状態で光硬化性樹脂組成物の硬化を行うために、互いに分割された走行区域の境界部分で硬化状態が不連続になったり不均一になり易く、それに伴って立体造形物全体の強度ムラ、強度不足、外観不良、寸法精度の低下などを生じ易い。

上記した従来技術の改良を目的として、本発明者らは、マスク画像を動画的に連続的に変化させ得る面状描画マスクを使用し、面状描画マスクを光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に対して平行状態で連続的に移動させると共に、面状描画マスクのマスク画像を、形成しようとする光硬化した樹脂層の断面形状パターンに対応させて面状描画マスクの移動と同期させて連続的（動画的）に変えながら光造形を行う方法および装置を先に開発して出願した（引用文献３）。本発明者らの開発したこの引用文献３の光造形方法および装置による場合は、比較的安価な小型の面状描画マスクを使用し、更には紫外線ランプのような安価な光源を用いて、高い造形精度で高品質の立体造形物を従来よりも速い造形速度で製造することができる。しかし、光学的立体造形の分野では、造形時間の短縮、造形装置の簡略化などに対する要望が近年ますます強くなっており、一層の改良技術が求められている。

特開平４−３０５４３８号公報 特開平８−１１２８６３号公報 特開２００３−２６６５４６号公報

本発明の目的は、高価な紫外線レーザー装置を用いることなく紫外線ランプのような安価な光源を用いて、更に現在入手が困難であるか又は入手できても極めて高価な液晶描画マスク（例えば画素数が大きく且つ一辺の寸法が３００ｍｍを超えるような液晶シャッター）などを使用せずに汎用の安価な小型の液晶描画マスク（液晶シャッターなど）を使用して、小型、中型、大型に至る各種の立体造形物を、硬化ムラや強度ムラの発生を防止しながら、短い造形時間で効率良く、しかも高い寸法精度で円滑に製造できる光学的立体造形方法を提供することである。

上記の目的を達成すべく本発明者らは研究を続け、液晶描画マスクを使用して光造形を行う際に、複数の液晶描画マスクを使用すると造形速度を一層速くできることに思い至った。そこで、現在汎用している小型の液晶シャッター等を面状描画マスクとして複数個使用し、それぞれの面状描画マスクを個別に移動させながら面状描画マスクを介して造形面に光を照射して造形を行ったところ、１個の面状描画マスクを使用する場合に比べて、短い時間で効率良く光造形物を製造することができた。そこで、そのことを踏まえて更に検討したところ、複数の面状描画マスクのそれぞれを個別に移動させて光造形を行った場合には、各面状描画マスクがそれぞれ移動することから移動経路が全体では長くなり、それに伴って各面状描画マスクや他の部材の移動経路や光造形工程の制御に特別の配慮が必要であること、また複数の面状描画マスクおよび他の部材を移動させるために複数の駆動装置がそれぞれ必要になり駆動系が複雑になることが判明した。

また、複数の面状描画マスクを個別に移動させながら光造形を行う際に、複数の面状描画マスクや他の部材が互いに離れた位置にあるときは複数の面状描画マスクを他の部材と共に同時に移動させながら複数の面状描画マスクを介して造形面に所定の形状パターンの光を同時に照射して造形を行うことができるが、複数の面状描画マスク同士または他の部材などが互いに接近した位置にあるときには、移動造形中に面状描画マスクや他の部材間に衝突や進路妨害などの装置間の干渉を生ずることがあり、装置間の干渉を防ぐために複数の面状描画マスクや他の部材のうちの１つまたは２つ以上を所定位置に停止させてその使用を止めた状態で残りの面状描画マスクや他の部材を移動させながら活用して光造形を行わなければならず、複数の面状描画マスクを使用するメリットが十分に活かされないことが判明した。さらに、複数の面状描画マスクのいずれかを休止させることなく全ての面状描画マスクを同時に活用しながら造形しようとする場合は、造形時における各面状描画マスクや他の部材の移動経路の設計および制御を極めて厳密に行う必要があることなどが判明した。

そこで、本発明者らは、複数の面状描画マスクを用いて光造形を行った場合に生ずる上記した問題を解消すべく更に検討を重ねた。その結果、複数の面状描画マスクのそれぞれを別々に移動させるのではなく、複数の面状描画マスクや他の部材などを一緒（一体）にして移動させると共に、各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される複数の光形状パターン同士を端部で互いに連接またはオーバーラップさせて１つの連続した光形状パターンを形成するような配置状態を維持しながら光造形を行うと、現在広く流通している小型の液晶シャッターなどを面状描画マスクとしてそのまま使用して、面状描画マスクのトータルの移動距離を短縮しながら、更には面状描画マスクや他の部材を移動させるための駆動装置の数を抑制しながら、硬化ムラや強度ムラなどを生ずることなく、高い造形精度で、小型から大型に至る種々の光造形物を短い造形時間で生産性よく製造できることを見出した。

さらに、本発明者らは、かかる方式による場合は、エネルギー強度の均一な所定の形状パターンを有する光を光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射でき、それによって硬化ムラや強度ムラのない光学的立体造形が得られることを見出した。また、本発明者らは、かかる方式による場合は、複数の面状描画マスクや他の部材間の衝突や進路妨害などの装置間の干渉がなくなり、複数の面状描画マスクおよび他の部材を同時に活用しながら光造形を行えるため、造形時間が大幅に短縮されることを見出した。

また、本発明者は、この方式においては、各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される複数の光形状パターンを１つの連続した光形状パターンとする際に、各面状描画マスクを介して造形面に照射される複数の光形状パターン同士を所定の配置状態にし、その配置状態を維持しながら造形を行うと、面状描画マスクをどのような方向に移動させても光造形時に広い硬化領域を確保でき、造形時間が一層短縮できることを見出した。
さらに、本発明者は、前記した方法で光造形を行う際に、複数の面状描画マスクを一緒（一体）にして連続的に移動させると共に面状描画マスクのマスク画像を連続的（動画的）に変化させながら造形を行うと、造形速度および造形精度が一層向上することを見出し、それらの知見に基づいて本発明を完成した。

すなわち、本発明は、
（１）（ｉ） 光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に複数の方形の面状描画マスクを介して制御下に所定の形状パターンの光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成した後、該光硬化した樹脂層の上に１層分の光硬化性樹脂組成物を施して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面を形成し、その造形面に前記複数の方形の面状描画マスクを介して制御下に所定の形状パターンの光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を更に形成する光造形工程を所定の立体造形物が形成されるまで順次繰り返すことによって立体造形物を製造する方法であって；
（ii） 複数の方形の面状描画マスクを介して造形面に照射される複数の光形状パターンを、各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される光形状パターンが隣り合う方形の光形状パターンのうちの一方の方形の光形状パターンの対角線上の一方の端部ともう一方の方形の光形状パターンの対角線上の一方の端部とが当該隣り合う方形の光形状パターン同士の対角配置状態で互いに点状に密接するかまたはオーバーラップして位置して複数の方形の光形状パターン全体で１つの連続した千鳥状の光形状パターンを造形面に形成するように配置させ；
（iii） 前記（ii）に記載した１つの連続した千鳥状の配置形態を維持しながら複数の方形の面状描画マスクのそれぞれを介して造形しようとする形状に応じた形状パターンの光を光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射して、造形面に所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成する；
ことを特徴とする光学的立体造形方法である。

また、本発明は、
（２） 複数の方形の面状描画マスク、および光造形時に前記面状描画マスクと共に移動する他の光学部材を、同一の駆動系で一緒に移動させながら光造形を行う前記（１）の光学的立体造形方法である。

そして、本発明は、
（３） 方形の面状描画マスクとして、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状に配置し且つマスク画像を連続的に変化させ得る方形の面状描画マスクを使用して、複数の方形の面状描画マスクおよび当該面状描画マスクと共に移動する他の光学部材を一緒に連続移動させながら光造形操作を行い、当該面状描画マスクの連続移動時に、形成しようとする断面形状パターンに対応させて前記複数の微小光シャッターによりマスク画像を連続的に変えながら光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に光を照射する前記（１）または（２）の光学的立体造形方法；および、
（４） 方形の面状描画マスクが、液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した方形の面状描画マスクである前記（１）〜（３）のいずれかの光学的立体造形方法；
である。

本発明による場合は、現在広く流通している小型で安価な液晶シャッターなどを面状描画マスクとして使用して、面状描画マスクの全体での移動距離を短く保ちながら、更には面状描画マスクやその他の光学部材を移動させるための駆動装置の数の低減を図りながら、小型から大型の造形物を、高い造形精度で、しかも短い造形時間で生産良く製造することができる。
本発明による場合は、エネルギー強度にムラや分布のない均一な光を連続した大きな光形状パターンで光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射することができるので、硬化ムラや強度ムラのない、均一で高品質の光学的立体造形を製造することができる。
本発明による場合は、複数の面状描画マスクを使用していても、面状描画マスクを移動させながら造形する際に、各面状描画マスクや他の光学部材間の衝突や経路妨害などの装置間の干渉が生じないために、複数の面状描画マスクを同時に活用しながら効率よく光造形を行うことができ、造形速度が一層向上する。

本発明では、複数の面状描画マスクとしてその全面透光時に方形のマスク画像を形成する面状描画マスクをそれぞれ使用し、該複数の方形の面状描画マスクを介して造形面に照射される複数の方形の光形状パターンの配置形態を、各面状描画マスクの全面透光時に隣り合う方形の光形状パターンの一方の光形状パターンの対角線上の一方の端部ともう一方の光形状パターンの対角線上の一方の端部とが該隣り合う方形の光形状パターンの対角配置状態で互いに点状に密接するかまたはオーバーラップして位置し全体で１つの連続した千鳥状の光形状パターンを形成する配置形態にし、その配置形態を維持しながら複数の面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に連続した所定の形状パターンの光を照射する方法を採用しているので、光造形時に複数の面状描画マスクを一体状態で造形面に対していずれの方向（例えば横方向と縦方向）に移動させても、広い光照射領域（光硬化領域）を確保できるため、造形速度を一層向上させることができる。

本発明において、面状描画マスクのマスク画像を造形面に対して連続的に移動させるのと同期させて、面状描画マスクのマスク画像を形成しようとする光硬化した樹脂層の断面形状パターンに対応させて連続的（動画的）に変えながら光照射を行う連続造形方法を採用した場合には、寸法精度、外観、強度などに優れる高品質の立体造形物を、より短い造形時間で、高い造形精度を維持しながら生産性良く製造することができる。

さらに、本発明による場合は、小型、中型の立体造形物に限らず、大型の立体造形物であっても、高い寸法精度および速い造形速度で円滑に製造することができる。
また、本発明による場合は、高価な紫外線レーザー装置を用いずに通常の紫外線ランプのような安価な光源を用いた場合にも、前記した高品質の立体造形物を、速い造形速度で円滑に製造することができる。

以下に本発明について詳細に説明する。
本発明では、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に複数の方形の面状描画マスクを介して制御下に所定の形状パターンの光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成した後、該光硬化した樹脂層の上に１層分の光硬化性樹脂組成物を施して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面を形成し、その造形面に前記複数の方形の面状描画マスクを介して制御下に所定の形状パターンの光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を更に形成する光造形工程を所定の立体造形物が形成されるまで順次繰り返すことによって立体造形物を製造する（以下、本発明で用いる方形の面状描画マスクを単に「面状描画マスク」ということがある）。

前記した本発明の造形操作は、一般に、液状の光硬化性樹脂組成物を充填した造形浴中に造形テーブルを配置し、造形テーブルを下降させることによって造形テーブル面に１層分の液状の光硬化性樹脂組成物層（造形面）を形成させ、その造形面にそれぞれの面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化した樹脂層（以下「光硬化層」ということがある）を形成した後、造形テーブルを更に下降させて該光硬化層面に１層分の液状の光硬化性樹脂組成物層（造形面）を形成させてそれぞれの面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化層を一体に積層形成する工程を繰り返して行う、造形浴法を採用して行うことができる。

また、前記した本発明の造形操作は、例えば、気体雰囲気中に造形テーブルを配置し、その造形テーブル面に１層分の液状、ペースト状、粉末状または薄膜状の光硬化性樹脂組成物を施してそれぞれの面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化層を形成した後、該光硬化層面に１層分の液状、ペースト状、粉末状または薄膜状の光硬化性樹脂組成物を施してそれぞれの面状描画マスクを介して制御下に光を照射して所定のパターンおよび厚みを有する光硬化層を一体に積層形成する工程を繰り返して行う方法を採用して行うこともできる。この方法による場合は、造形テーブルまたは光硬化層を上向きにしておき、その上面に光硬化性樹脂組成物を施し、それぞれの面状描画マスクを介して光照射して光硬化層を順次積層形成してゆく方式を採用してもよいし、造形テーブルまたは光硬化層を垂直または斜めに配置しておいて造形テーブル面または光硬化層面上に光硬化性樹脂層を施し、それぞれの面状描画マスクを介して光照射して光硬化層を順次積層形成してゆく方式を採用してもよいし、或いは造形テーブルまたは光硬化層を下向きに配置しておいて造形テーブル面または光硬化層面に光硬化性樹脂組成物を施してそれぞれの面状描画マスクを介して光照射して順次下方に光硬化層を積層形成してゆく方式を採用してもよい。造形テーブル面または光硬化層面に光硬化性樹脂組成物を施すに当たっては、例えば、ブレード塗装、流延塗装、ローラー塗装、転写塗装、ハケ塗り、スプレー塗装などの適当な方法を採用することができる。

本発明では、上記した造形操作を行うに当たって、複数の方形の面状描画マスクを介して造形面に照射される複数の方形の光形状パターンを、面状描画マスクの全面透光時に隣り合う方形の光形状パターン同士が造形面上において光形状パターンの端部またはその近傍で互いに対角配置状態で密接するかまたはオーバーラップして、複数の方形の光形状パターン全体で１つの連続した千鳥状の光形状パターンを造形面上に形成するように配置させ、前記した配置形態を維持しながら複数の方形の面状描画マスクの各々を介して形成しようとする断面形状パターンに応じて所定の形状パターンの光を光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射して、造形面に所定の断面形状パターンを有する光硬化層を形成する。
この際に、各面状描画マスクの全面透光状態で造形面に照射される隣り合う方形の光形状パターン同士がその端部またはその近傍で密接または重なっておらず、光形状パターン間に隙間があると（複数の光形状パターン全体で１つの連続した光形状パターンを形成されていないと）、造形時に光の照射が行われない箇所や光硬化ムラなどを生じて、目的とする造形物や高品質の造形物が得られなくなるので注意を要する。

ここで、本明細書における「面状描画マスクの全面透光時」とは、面状描画マスクが全面で開いていて光の遮断部分がない状態を意味し、本発明では方形の面状描画マスクを用いているので面状描画マスクのマスク画像は面状描画マスクと同じ方形をなす。本発明においては、実際の光造形時には、面状描画マスクのマスク画像は、形成しようとする造形パターンに応じて、光の透過部分と遮断部分とから構成される所定のパターンになっており、面状描画マスクの全面透光時のパターンにはなっていない。本発明ではそれぞれの方形の面状描画マスクの全面透光時に造形面に照射される光形状パターンが光形状パターンの端部またはその近傍で互いに密接またはオーバーラップした千鳥状の配置形態となるようにし、その配置形態を維持しながら、複数の面状描画マスクを介して造形面に各面状描画マスクのマスク画像に対応した形状パターンの光を造形面に照射して造形を行う。実際の光造形操作時には、各面状描画マスクのマスク画像は、造形面に形成しようとする光硬化層の断面形状パターンに対応して変化しながら造形操作が行われるので、複数の方形の面状描画マスクを介して造形面に実際に照射される光形状パターンは、互いに連続しているとは限らず、離れていることもある。

全面透光時に方形（特に長方形）のマスク画像を有する方形の面状描画マスクを３個使用して光学的立体造形方法を行う場合について図１〜図３を参照して説明する。
図１〜図３は、同じサイズを有する３つの長方形の面状描画マスクを用いて、各面状描画マスクの全面透光時に光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に３つの方形の形状パターンＡ，Ｂ，Ｃの光（以下「光形状パターンＡ」、「光形状パターンＢ」、「光形状パターンＣ」ということがある）を照射する場合の例を模式的に示した図（平面図）である。

図１は、隣り合う２つの方形の光形状パターンＡおよびＢにおいて、一方の光形状パターンＡの対角線上の一方の端部ａ₂ともう一方の光形状パターンＢの対角線上の一方の端部ｂ₁とが光形状パターンＡおよびＢの対角配置状態（光形状パターンＡと光形状パターンＢの直角の角隅部が互いに対向した配置状態）で互いに点状に密接またはオーバーラップして位置し、さらに隣り合う２つの光形状パターンＢおよびＣにおいて、一方の光形状パターンＢの対角線上の一方の端部ｂ₂ともう一方の光形状パターンＣの対角線上の一方の端部ｃ₁とが光形状パターンＢおよびＣの対角配置状態（光形状パターンＢと光形状パターンＣの直角の角隅部が互いに対向した配置状態）で互いに点状に密接またはオーバーラップして位置し、各面状描画マスクの全面透光時に３つの方形の光形状パターンＡ，ＢおよびＣの全体で１つの連続した千鳥状の光形状パターンを造形面に形成する配置形態を採用して光造形を行う本発明の方法の一例を示したものである。

３個の面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される３つの方形の光形状パターンＡ、ＢおよびＣが図１に示した千鳥状の連接配置形態を維持するようにしながら、３個の面状描画マスクおよび面状描画マスクと共に移動する他の部材を互いに位置ずれが生じないようにして一緒（一体）に移動させ、３個の面状描画マスクのマスク画像を形成しようとする断面形状パターンに対応した所定のマスク画像にそれぞれ変化・調整し、各面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に形成しようとする断面形状パターンに対応した所定の形状パターンの光を照射して、造形面に所定の断面形状パターンの光硬化層を形成させる。
実際の光造形時には、３個の面状描画マスクのそれぞれを介して造形面に照射される３つの光形状パターンは、造形面に形成しようとする光硬化層の断面形状パターンに対応した光形状パターンとなるため、上記のように必ずしも互いに連続しているとは限らない。

図１の配置形態では、３つの光形状パターンＡ、Ｂ、Ｃが図１の配置形態を維持しながら図１のＸ方向に移動するようにして３個の面状描画マスクを一緒に移動させるときに、その造形寸法Ｗｘが１個の面状描画マスクにより形成される長方形の光形状パターンの縦寸法の３倍（Ｌ₁×３）になる。また、３つの光形状パターンＡ、Ｂ、Ｃが図１の配置形態を維持しながら図１のＹ方向に移動するようにして３個の面状描画マスクを一緒に移動させるときに、その造形寸法Ｗｙが１個の面状描画マスクにより形成される長方形の光形状パターンの横寸法の３倍（Ｌ₂×３）になる。また、３つの光形状パターンＡ、Ｂ、Ｃが図１の配置形態を維持しながら図１のＳ方向に移動するようにして３個の面状描画マスクを一緒に移動させるときにはその造形寸法Ｗｓが１個の面状描画マスクにより形成される長方形の光形状パターンの対角線寸法の３倍（Ｌ₃×３）になる。それによって、光造形領域が、１個の面状描画マスクを用いて造形を行う場合に比べて格段に広くなり、造形時間を大幅に短縮することができる。

図２および図３は、隣り合う２つの長方形の光形状パターンＡおよびＢにおいて、一方の光形状パターンＡの１つの辺ａ₄ともう一方の光形状パターンＢの１つの辺ｂ₃とが光形状パターンＡ，Ｂの直列配置状態で互いに線状に密接するかまたはオーバーラップして（重なって）位置し、また隣り合う２つの方形の光形状パターンＢおよびＣにおいて、一方の光形状パターンＢの１つの辺ｂ₄ともう一方の光形状パターンＣの１つの辺ｃ₃とが光形状パターンＢ，Ｃの直列配置状態で互いに線状に密接するかまたはオーバーラップして（重なって）位置し、３つの長方形の光形状パターンＡ，ＢおよびＣの全体で１つの連続した光形状パターン（１つの大きな長方形状の光形状パターン）を造形面に形成する配置を採用して光造形を行う場合の例を示したものである。

３個の面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される３つの長方形の光形状パターンＡ、ＢおよびＣが図２または図３に示した配置形態を維持するようにしながら、３個の面状描画マスクを一緒（一体）にして移動させて、３個の面状描画マスクのそれぞれを介して造形面に所定の形状パターンの光を照射して、造形面に所定の断面形状パターンの光硬化層を形成させる。その際に、３個の面状描画マスクの全面透光時における３つの長方形の光形状パターンＡ、Ｂ、Ｃの配置形態が図２または図３に示す形態をなすように互いの位置関係を維持しつつ、各面状描画マスクのマスク画像は、造形面に形成しようとする光硬化層の断面形状パターンに対応して変化しながら造形操作が行われる。そのため、この場合にも、立体造形物を製造するための実際の造形操作時には、３個の面状描画マスクを介して造形面に照射される光形状パターンは、互いに連続しているとは限らず、離れていることもある。

図２または図３の配置形態では、３つの光形状パターンＡ、Ｂ、Ｃが図２または図３の配置形態を維持しながら図２または図３のＸ方向に移動するようにして３個の面状描画マスクを一緒に移動させるときには、その造形寸法Ｗｘが１個の面状描画マスクにより形成される長方形の光形状パターンの縦寸法（Ｌ₁）の３倍（Ｌ₁×３）となる。また、３つの光形状パターンＡ、Ｂ、Ｃが図２または図３の配置形態を維持しながら図２または図３のＹ方向に移動するようにして３個の面状描画マスクを一緒に移動させるときには、その造形寸法Ｗｙは１個の面状描画マスクにより形成される長方形の光形状パターンの横寸法（Ｌ₂）と同じになる。それによって、面状描画マスクの移動時の造形領域が、１個の面状描画マスクを用いて造形を行う場合に比べて大きくなり（Ｘ方向に移動したとき）、造形時間を短縮することができる。

図１〜図３、特に本発明の方法に該当する図１では、３組の光学装置系における各面状描画マスクが長方形でその全面透光時に長方形の光形状パターンが形成される場合について説明したが、上記したように、面状描画マスクは長方形に限定されるものではなく、正方形であってもよい。
また、図１〜図３、特に本発明の方法に該当する図１には、３個の同じ寸法の長方形の面状描画マスクを用い、各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して光を照射して造形面に同じ寸法を有する３つの長方形の光形状パターンが形成される場合について記載したが、図１に限定されるものではない。
本発明の光学的立体造形方法を実施するに当っては、複数の方形の面状描画マスクの形状および寸法がすべて同じであってもよいし、または互いに異なっていてもよい。例えば、複数の方形の面状描画マスクのうち、１つが長方形の面状描画マスクで、他の面状描画マスクは正方形であってもよいし、また１つの面状描画マスクが所定の寸法および形状を有する長方形で、他の面状描画マスクがそれとは縦横寸法の異なる長方形の面状描画マスクであってもよく、いずれの場合も各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される方形の光形状パターン同士が端部で互いに密接またはオーバーラップして全体で１つの連続した千鳥状の配置形態の光形状パターンを造形面に形成するようにして光造形を行うことが必要である。

また、図１〜図３、特に本発明の方法に該当する図１では、３個の面状描画マスクを使用し、各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に互いに連接した３つの光形状パターンを形成させて光造形を行う場合について説明したが、面状描画マスクの数は３つに限定されるものではなく、２つであってもよいし、または４つ以上であってもよい。
さらに、複数の面状描画マスクにおける各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に形成される光形状パターンの配置形態は、図１に示すような直角状を保った対角配置（千鳥状の配置形態）、図２および図３に示すような直列配置であると、装置の設計が容易で、造形領域を広くでき、画面制御が容易であるが、特に図１に示すような本発明の千鳥状の配置形態であることがより好ましい。しかしながら、本発明は、図１に限定されるものではなく、複数の面状描画マスクを介して各面状描画マスクの全面透光時に造形面に照射される複数の方形の光形状パターンが全体で連続した１つの千鳥状の光形状パターンとなるような配置形態になっている限りは、図１以外の配置形態（例えば方形の光形状パターンＡ、光形状パターンＢおよび光形状パターンＣが曲がった状態で対角線上の端部で千鳥状に接している場合など）になるようにしてもよい。

本発明を実施するに当って、複数の面状描画マスクのそれぞれにおける全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される複数の光形状パターンが全体で１つの連続した光形状パターンを形成しておらず、光形状パターン間に間隙があると、実際の光造形操作時に光の照射が行われない箇所や光硬化ムラなどを生じて、高品質の光造形物が得られなくなるので注意を要する。

本発明においては、方形の面状描画マスクとして、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状に配置した方形の面状描画マスクを用いることが好ましい。そのような面状描画マスクの具体例としては、液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを挙げることができる。複数組の光学装置系における各面状描画マスクとして好ましく用いられる液晶シャッターやデジタルマイクロミラーシャッターは、連続的（動画的）な画像形成が可能な手段として、他の分野（例えばテレビジョン、パソコン、プロジェクター、カーナビ、携帯電話など）において既に用いられているので、液晶シャッターやデシタルマイクロミラーシャッターを面状描画マスクとして使用した場合には、面状描画マスクのマスク画像を光学装置系の連続移動と連動されてテレビジョンや映画などのように動画的に連続的に変化させながら光造形を行うことができる。

方形の面状描画マスクの形状や寸法は特に制限されず、製造しようとする光造形物の形状や寸法（特に断面形状やその寸法）などに応じて適当な形状や寸法のものを採用することができるが、本発明において好ましく用いられる上記した液晶シャッターやデシタルマイクロミラーシャッターなどからなる面状描画マスクは、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状（Ｘ−Ｙ方向）に並列配置した方形形状（正方形または長方形）で一般に製作・販売されており、本発明における方形（正方形または長方形）の面状描画マスクとして好ましく用いられる。面状描画マスクに配置されている微小光シャッター（画素子）の数は特に制限されず、従来から知られているものなどを使用することができる。液晶シャッター（液晶表示素子）としては、例えば、ＱＶＧＡ（画素数＝３２０ドット×２４０ドット）、ＶＧＡ（画素数＝６４０×４８０ドット）、ＳＶＧＡ（画素数＝８００×６００ドット）、ＵＸＧＡ（画素数＝１０２４×７６８ドット）、ＱＳＸＧＡ（画素数＝２５６０×２６４８ドット）などを用いることができ、これらの液晶シャッターは従来から広く販売されている。
また、デジタルマイクロミラーシャッターとしては、例えば、テキサスインスツルメンツ社製の「ＤＬＰテクノロジー」（登録商標）のＤＭＤ（登録商標）デバイスなどを使用することができる。

本発明の光学的立体造形方法の実施に当っては、複数の方形の面状描画マスクを介して造形面に照射される複数の光形状パターンを、各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される各方形の光形状パターン同士が光形状パターンの端部または端部近傍で互いに密接するかまたはオーバーラップして全体で１つの連続した千鳥状の光形状パターンを光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に形成するようにして造形面上に配置させ、かかる配置形態を維持しながら複数の面状描画マスクのそれぞれを介して造形しようとする形状に応じた形状パターンの光を光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射して、造形面に所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を順次形成し得る光学的立体造形装置であればいずれも使用できる。

そのうちでも、本発明の実施に当っては、例えば、
（Ｉ）載置台上または光硬化した樹脂層上に、１層分の光硬化性樹脂組成物を順次供給して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面を順次形成するための手段；
（II）光発射手段および方形の面状描画マスクを少なくとも備え、光発射手段から発射された光を、面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に面状描画マスクのマスク画像に対応した所定の形状パターンで照射するための光学装置系の複数組；
（III）複数組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される各光形状パターン同士を各光形状パターンの端部または端部近傍で互いに密接させるかまたはオーバーラップさせて光硬化性樹脂組成物よりなる造形面において全体で１つの連続した千鳥状の配置形態の光形状パターンを形成するための連続パターン化手段；および、
（IV）複数組の光学装置系の配置形態を、前記（III）の連続パターン化手段によって前記した全体で１つの連続した千鳥状の光形状パターンを造形面に形成させ得る配置形態に維持しながら、複数組の光学装置系を一緒に移動させるための手段；
を有する光学的立体造形装置が好ましく用いられる。

本発明を実施するのに好ましく用いられる前記した光学的立体造形装置において、前記（Ｉ）の手段としては、載置台上または光硬化した樹脂層上に、液状、ペースト状、粉末状または薄膜状の光硬化性樹脂組成物を、載置台の下降、ブレード塗装、流延塗装、ローラー塗装、転写塗装、ハケ塗り、スプレー塗装などの適当な方法により１層分ずつ順次形成できる手段のいずれもが採用できる。
また、前記（II）の光学装置系としては、例えば図４に示す光学装置系を挙げることができる。本発明の実施に好ましく用いられる前記した光学的立体造形装置は、図４に示すような光学装置系の複数組を備え、その際に複数組の光学装置系は造形面に形成しようとする光形状パターンの形状に応じて例えば図６〜図７に示すような配置形態を有し、また複数組の光学装置系のうちの１つまたは２つに図５に例示する偏角プリズムなどの連続パターン化手段を有する。

図４は１組の光学装置系を模式的に示した図であり、図４において、１は光源、２はロッドレンズ、３は凸レンズ、４は反射鏡、５は集光レンズまたはフレネルレンズ、６は面状描画マスク、７は投影レンズ、８は光硬化性樹脂組成物よりなる造形面を示す。
光源１から発射された光は、ロッドレンズ２、凸レンズ３、反射鏡４を経た後に、集光レンズまたはフレネルレンズ５を用いて面状描画マスク６にその全面をカバーするようにして照射される。
なお、図４では、光源１から発射された光をロッドレンズ２および凸レンズ３を経て反射鏡４に導くようにしているが、場合によってはロッドレンズ２、凸レンズ３、反射鏡４を設けずに、光源１を集光レンズまたはフレネルレンズ５の背面側に直接配置して光源１からの光を集光レンズまたはフレネルレンズ５に直接導くようにしてもよい。また、光源１を集光レンズまたはフレネルレンズ５とは離れた場所に配置しておいて光源１からの光を光ファイバーやライトガイドなどの光伝達手段７を介して集光レンズまたはフレネルレンズ５に直接導くようにしてもよい。

前記（III）の連続パターン化手段としては、面状描画マスクを介して形成された所定の形状パターンを有する光の進行方向を、前記形状パターンを維持しながら変えることのできる偏角プリズム、ミラーなどが好ましく採用される。複数組の光学装置系のうち、各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される光形状パターン同士を端部で密接またはオーバーラップさせて１つの連続した光形状パターンとするために面状描画マスクを通過した所定の形状パターンの光の進行方向を変える必要のある光学装置系の面状描画マスクの下流側に偏角プリズムなどの連続パターン化手段を配置する。その際に、光学装置系では、面状描画マスクの下流に投影レンズを配置し、投影レンズの下流側、特に直下に偏角プリズムなどの連続パターン化手段を配置することが、画面（造形パターン）調整の容易性などの点から好ましい。

連続パターン化手段として好ましく用いられる偏角プリズムとしては、図５に例示するような偏角プリズム９であって、αの角度が１０゜〜８０゜、βの角度がαの角度の１／２であるV型の偏角プリズムが内部反射の点から好ましく用いられる。なお、図５の（ａ）は偏角プリズムの全体を示した概略図であり、図５の（ｂ）は偏角プリズムのＶ型端面から見た図である。また、図５の（ｃ）は、図５の偏角プリズムに入射した光が偏角プリズム９によって屈折されて出射される様子を模式的に示し図である。図５において、αの角度が１０゜〜８０゜で、βの角度がαの角度の１／２である偏角プリズム、特にαの角度が３０゜、３５゜、４０゜、４５゜、５０゜、５５゜、６０゜で、βの角度がαの角度の１／２である偏角プリズムは、従来から市販されており、本発明ではそのような市販の偏角プリズムを用いることができる。図５に示すような偏角プリズム９においては、角αおよび角βにおける角隅部は一般に光の屈折（光の進路の変更）に関与しないので必ずしも尖っている必要はなく、角隅部の破損防止などの観点から、図５に示すように切り欠いてあってもよいし、または丸く仕上げてあっても構わない。

複数組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に、３つの長方形の光形状パターンが造形面で互いに端部で密接またはオーバーラップして図１に示すような１つの連続した千鳥状の光形状パターンを造形面に形成するためには、限定されるものではないが、複数組の光学装置系を、例えば図６および図７に記載したような形態で配置する。なお、図６は、３組の光学装置系（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）から構成される光学的立体造形装置を全体的にみた鳥瞰図であり、図７は図６の光学的立体造形装置を矢印イの方向からみた図（正面図）である。また、図６および図７に示した光学的立体造形装置は、３組の光学装置系（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）におけるフレネルレンズ５ａ、５ｂ、５ｃの上流側に、図示していないが、光源、ロッドレンズ、反射鏡などの光学部材を各光学装置系ごとに備えている。

図６および図７に示した光学的立体造形装置では、３組の光学装置系（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）の各々は例えば図４に示すような光学装置系からなり、３組の光学装置系における各面状描画マスクは長方形の形状をなしている。光学装置系Ａ１およびＣ１における投影レンズ７ａ，７ｃの直下に偏角プリズム９ａおよび９ｃを配置してあり、光学装置系Ａ１により形成される光形状パターンＡ（フレネルレンズ５ａ、面状描画マスク６ａおよび投影レンズ７ａを通過した光形状パターン）および光学装置系Ｃ１により形成される光形状パターンＣ（フレネルレンズ５ｃ、面状描画マスク６ｃおよび投影レンズ７ｃを通過した光形状パターン）の各々を面状描画マスク６ａまたは６ｃを通って形成されたのと同じ光形状パターンを保ちながら偏角プリズム９ａまたは９ｃで屈折させて（進路を変更させて）、中央の光学装置系Ｂ１により形成される光形状パターンＢ（フレネルレンズ５ｂ、面状描画マスク６ｂおよび投影レンズ７ｂを通過した光形状パターン）の両側に対角配置状態で端部で点状に密接させる。それによって、図１に示すような、３つの光形状パターン（Ａ，Ｂ，Ｃ）が互いに対角配置状態で密接して全体で１つに連続した千鳥状の光形状パターンが造形面に照射される。

複数組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に、３つの長方形の光形状パターンが造形面で互いに辺部分で密接またはオーバーラップして図２または図３に示すような１つの連続した大きな長方形の光形状パターンを造形面に形成するためには、限定されるものではないが、複数組の光学装置系を、例えば図８および図９に記載したような形態で配置する。なお、図８は、３組の光学装置系（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）から構成される光学的立体造形装置を全体的にみた鳥瞰図であり、図９は図８の光学的立体造形装置を矢印イの方向からみた図（正面図）である。また、図８および図９に示した光学的立体造形装置は、３組の光学装置系（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）におけるフレネルレンズ５ａ、５ｂ、５ｃの上流側に、図示していないが、光源、ロッドレンズ、反射鏡などの光学部材を各光学装置系ごとに備えている。

図８および図９に示した光学的立体造形装置では、３組の光学装置系（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）の各々は例えば図４に示すような光学装置系からなり、３組の光学装置系における各面状描画マスクは長方形の形状をなしている。光学装置系Ａ１およびＣ１における投影レンズ７ａ，７ｃの直下に偏角プリズム９ａおよび９ｃを配置してあり、光学装置系Ａ１により形成される光形状パターンＡ（フレネルレンズ５ａ、面状描画マスク６ａおよび投影レンズ７ａを通過した光形状パターン）および光学装置系Ｃ１により形成される光形状パターンＣ（フレネルレンズ５ｃ、面状描画マスク６ｃおよび投影レンズ７ｃを通過した光形状パターン）の各々を面状描画マスク６ａまたは６ｃを通って形成されたのと同じ光形状パターンを保ちながら偏角プリズム９ａまたは９ｃで屈折させて（進路を変更させて）、中央の光学装置系Ｂ１により形成される光形状パターンＢ（フレネルレンズ５ｂ、面状描画マスク６ｂおよび投影レンズ７ｂを通過した光形状パターン）の両側に直列配置状態で辺部で線状に密接させるかまたはオーバーラップさせる。それによって、図２または図３に示すような、全体で１つに連続した大きな長方形の光形状パターンが造形面に照射される。

図６〜図７に例示する光学的立体造形装置を含めて、本発明の実施に用いられる光学的立体造形装置では、各方形面状描画マスクの全面透光時に面状描画マスクを介して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に形成される光形状パターンが例えば図１に示すように全体で１つの連続した千鳥状の光形状パターンを維持するようにしながら複数組の光学装置系を互いの位置関係がずれないように一緒（一体）にして造形面上を移動させて光造形を行う。実際の造形作業時には、複数組の光学装置系における各方形面状描画マスクのマスク画像は、全面透光時でのマスク画像ではなく、造形面に形成しようとする光硬化した断面形状パターンに対応したマスク画像となっているから、実際の造形作業時には複数組の光学装置系によって造形面に形成（照射）される光形状パターンは、図１で例示したような光形状パターンにはなっておらず、造形面上に形成しようとする断面形状パターンどおりのものとなっている。

投影レンズの下に連続パターン化手段として配置される偏角プリズムの種類（特に偏角プリズムにおけるαおよびβの角度、偏角プリズムの各部の長さ寸法など）は、複数組の光学装置系の大きさや配置形態、面状描画マスクの画素数、形状、サイズ、面状描画マスクを介して造形面に照射される光形状パターンの形やサイズ、投影レンズと造形面の距離、製造を目的とする立体造形物のサイズ（断面形状パターンのサイズ）などに応じて、複数組の光学装置系における各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に形成される光形状パターン同士の干渉などを生ずることなく端部または端部近傍で互いに密接またはオーバーラップして１つの連続した光形状パターンに形成できるものを選択して使用する。

上記した光学的立体造形装置を用いて光造形を行うに当っては、複数組の光学装置系を互いに位置関係がずれないように一緒（一体）にして連続的にまたは断続的に移動させ、それに応じて複数組の光学装置系における各面状描画マスクのマスク画像を光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に形成しようとする断面形状パターンに応じて連続的にまたは断続的に変化させて造形を行うことができる。

本発明では、面状描画マスクとしてマスク画像を連続的（動画的）に変えることのでき液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置したもの（液晶マスクまたはデジタルマイクロミラーマスク）を使用し、複数の面状描画マスク互いの位置関係がずれないように一緒にして連続的に移動させ、それに応じて複数の面状描画マスクのマスク画像を光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に形成しようとする断面形状パターンに応じて動画的に連続的に変えながら造形を行う方法（以下これを「連続造形方法」ということがある）を採用することが好ましい。

連続造形方法を採用した場合には、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面において、液晶マスクまたはデジタルマイクロミラーマスク面状描画マスクから投影される隣接する微小ドットエリア間の距離を小さく保ちながら、小型から大型に至る各種のサイズの光造形物を、速い造形速度で且つ高い造形精度で円滑に製造することができる。その上、光照射によって造形面に形成される光硬化した樹脂層の各部は、単に１回の光照射のみによって硬化されるのではなく、面状描画マスクを介して造形面に照射される連続的に変化する動画的な所定パターンの光が、該各部を完全に通過し終えるまでの間中、連続的に照射されて光硬化した樹脂層が形成されるので、光造形時の照射光の移動速度を速くしても十分な光硬化を行うことができ、目的とする光造形物を短時間で生産性良く製造することができる。しかも、造形面に形成される所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層の各部における光照射量が前記した連続的な光照射によって均一化されるため、隣接する照射部間の不連続性や光照射の不均一が生じず、断面形状パターン全体に均一な斑のない光照射が行われて、光造形物の寸法精度および造形精度が向上し、さらに強度斑がなくなり、外観により優れたものとなる。

前記した連続造形方法によって造形を行う際の複数の面状描画マスクの連続移動の方向や速度は、光源の種類、光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射される光の照射強度、造形面での露光エリア（露光面積）、形成しようとする断面形状パターンの形状、光硬化性樹脂組成物の種類、光硬化性樹脂組成物の光硬化特性と光硬化層を形成するのに必要な露光時間などに応じて、コンピューターなどを使用して制御、調整する。複数組の光学装置系、ひいては複数の面状描画マスクを所定の配置形態を維持しながら一緒に直線状に連続移動させると光硬化性樹脂組成物よりなる造形面への光照射量の均一制御が容易であるが、勿論、それに限定されない。

複数の面状描画マスクを一緒にして連続的に移動させるのと同期させて各面状描画マスクのマスク画像を連続的（動画的）に変化させるに当たっては、形成しようとする断面形状パターンの内容および複数組の光学装置系、各面状描画マスクの連続移動速度などに対応させて、面状描画マスクによって形成されるべきマスク画像に関する情報を予めコンピューターなどに記憶させておき、その情報に基づいて各面状描画マスクのマスク画像を連続的に変化させるようにするとよい。

また、複数の面状描画マスク、ひいては複数組の光学装置系を一緒（一体）にして造形面上を移動させるための手段は特に制限されず、例えば、リニアガイド、シャフト、フラットバーなどをガイドにし、駆動をボールネジ、台形ネジ、タイミングベルト、ラック＆ピニオン、チェーンなどを用いて伝達し、駆動源はＡＣサーボモータ、ＤＣサーボモータ、ステッピングモータ、パルスモータなどを用いることができる。また、ガイドと駆動を兼ねたリニアモーター方式、さらに多関節型のロボットのアーム先端部を利用することもできる。特に、駆動源としてパルスモータを使用した場合には、面状描画マスクをミクロピッチで精密に連続移動させることができるので、面状描画マスクのマスク画像を動画のように連続的に変化させながら光造形を行う場合は有利である。
いずれの移動装置を採用する場合であっても、本発明では複数の面状描画マスク、ひいては複数組の光学装置系をそれぞれ個別に移動させるのではなく、一緒（一体）にして移動させるので、移動手段の数を低減でき、移動手段を簡略化することができる。

本発明の光学的立体造形方法により立体造形物を製造する際に用いる光硬化性樹脂組成物の種類は特に制限されず、光造形に用い得る液状、ペースト、粉末状、薄膜状などの光硬化性樹脂組成物のいずれもが使用できる。
使用し得る光硬化性樹脂組成物としては、例えば、光造形において従来から用いられている、ウレタンアクリレートオリゴマー、エポキシアクリレートオリゴマー、エステルアクリレートオリゴマー、多官能エポキシ樹脂などの各種オリゴマー；イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルメタクリレート、ジシクロペンテニロキシエチルアクリレート、ジシクロペンテニロキシエチルメタクリレート、ジシクロペタニルアクリレート、ジシクロペタニルメタクリレート、ボルニルアクリレート、ボルニルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、モルホリンアクリルアミド、モルホリンメタクリルアミド、アクリルアミドなどのアクリル系化合物やＮ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクタム、酢酸ビニル、スチレンなどの各種の単官能性ビニル化合物；トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジシクロペンタニルジアクリレート、ポリエステルジアクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールＡジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロピレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート、プロピレンオキサイド変性ビスフェノールＡジアクリレート、トリス（アクリロキシエチル）イソシアヌレートなど多官能性ビニル化合物；水素添加ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル−５，５−スピロ−３，４−エポキシ）シクロヘキサン−メタ−ジオキサン、ビス（３，４−エポキシシクロヘキシルメチル）アジペートなどの各種エポキシ系化合物などを挙げることができ、これらの１種または２種以上と光重合開始剤および必要に応じて増感剤などを含有する光硬化性樹脂組成物を用いることができる。

また、光硬化性樹脂組成物は、上記した成分以外にも、必要に応じて、レベリング剤、リン酸エステル塩系界面活性剤以外の界面活性剤、有機高分子改質剤、有機可塑剤などを含有していてもよい。
さらに、光硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、固体微粒子やウィスカーなどの充填材を含有していてもよい。充填材を含有する光硬化性樹脂組成物を用いると、硬化時の体積収縮の低減による寸法精度の向上、機械的物性や耐熱性の向上などを図ることができる。

充填材として用いる固体微粒子としては、例えば、カーボンブラック微粒子などの無機微粒子、ポリスチレン微粒子、ポリエチレン微粒子、ポリプロピレン微粒子、アクリル樹脂微粒子、合成ゴム微粒子などの有機重合体微粒子などを挙げることができ、これらの１種または２種以上を用いることができる。固体微粒子の粒径は特に制限されないが、一般的には平均粒径が２００μｍ以下、特に１００μｍ以下のものが好ましく用いられる。

また、ウィスカーとしては、径が０．３〜１μｍ、特に０．３〜０．７μｍ、長さが１０〜７０μｍ、特に２０〜５０μｍおよびアスペクト比が１０〜１００、特に２０〜７０μｍのものが好ましく用いられる。なお、ここで言うウイスカーの寸法およびアスペクト比は、レーザー回析／散乱式粒度分布測定装置を用いて測定した寸法およびアスペクト比である。ウイスカーの種類は特に制限されず、例えば、ホウ酸アルミニウム系ウイスカー、酸化アルミニウム系ウイスカー、窒化アルミニウム系ウイスカー水、酸化硫酸マグネシウム系ウイスカー、酸化チタン系ウイスカーなどを挙げることができ、前記したウイスカーの１種または２種以上を用いることができる。

固体微粒子および／またはウィスカーは、シランカップリング剤で表面処理されていても表面処理されていなくてもよいが、表面処理されていることが好ましい。固体微粒子および／またはウイスカーがシランカップリング剤で表面処理されている場合には、熱変形温度、曲げ弾性率、機械的強度の一層高い光硬化物を得ることができる。その場合のシランカップリング剤としては、充填剤の表面処理などに従来から用いられているシランカップリング剤のいずれもが使用でき、好ましいシランカップリング剤としては、アミノシラン、エポキシシラン、ビニルシランおよび（メタ）アクリルシランを挙げることができる。

以下に本発明について具体的に説明するが、本発明は実施例のものに何ら限定されるものではない。
《実施例１》
（１） 図４に示す同じ光学装置系の３組（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）を準備し、３組の光学装置系（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）を図６および図７に示すように配置して、互いに位置ずれを生ずることなく一緒（一体）に連続移動するようにした。その際に、光源として三菱電気オスラム株式会社製の超高圧水銀ランプ「ＨＸＰＲ１２０Ｗ」（出力１２０Ｗ）、ロッドレンズ２として有限会社ワイエルティー製のロッドレンズ（Φ５０）」、反射鏡４として光伸光学工業株式会社製「コールドミラー」、フレネルレンズ５（５ａ，５ｂ，５ｃ）として日本特殊光学樹脂株式会社製のフレネルレンズを、面状描画マスク（液晶描画マスク）６（６ａ，６ｂ，６ｃ）としてカシオ計算機株式会社製のＶＧＡ液晶（６４０×４８０画素）、投影レンズ７（７ａ，７ｂ，７ｃ）として株式会社ニコン製「ＥＬ−Ｎｉｋｋｏｒ」を使用した。また、光学装置系Ａ１およびＣ１における投影レンズ７ａおよび７ｃの直下に、偏角プリズム９ａ，９ｃとして守田光学工業社製の偏角プリズム「４５゜」（偏角プリズムにおけるαの角度＝４５゜、βの角度＝２２．５゜）を、図６および図７に示すようにして取り付けた。

（２） 光硬化性樹脂組成物としてシーメット株式会社製「ＣＰＸ−１０００」［硬化感度２．５ｍＪ；紫外線硬化波長３６５ｎｍ；光重合開始剤としてイルガキュア（登録商標）６５１を含有］）を用いて、図６および図７のように配置した３組の光学装置系（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）を各光学装置系間の位置ずれ（各面状描画マスク間の位置ずれ）が生じないようにして一緒（一体）にして、各面状描画マスク（６ａ，６ｂまたは６ｃ）による造形面８（光硬化性樹脂組成物表面）への全面透光時での各投影サイズ＝２８．８ｍｍ×３８．４ｍｍ（方形）［（装置の進行方向；図２に示すＸ方向）×（進行方向と直角の方向；図２に示すＹ方向）］、３つの光形状パターンが互いに密接して形成される連続した１つの光形状パターン（全体の投影サイズ）＝８６．４ｍｍ×１１５．２ｍｍ（対角配置状態の千鳥状形状）［（装置の進行方向；図２に示すＸ方向）×（進行方向と直角の方向；図２に示すＹ方向）］、造形面８での光エネルギー強度４ｍＷ／ｃｍ²、３組の光学装置系を一体にした光照射時の連続移動速度＝３０ｍｍ／ｓｅｃの条件下に、各面状描画マスク（６ａ，６ｂ，６ｃ）のマスク画像を動画的に連続的に変えながら光造形を行って、図１０の断面形状パターンを有する立体造形物（縦×横×厚さ＝２２０ｍｍ×２２０ｍｍ×１５ｍｍ）を製造した。
（３） この実施例１で要した全造形時間は６．２時間であり、１枚の面状描画マスクを使用して同じ立体造形物を製造した場合の約１／３の造形時間であった。また、光ビーム（光ビームのエネルギー強度＝１２０ｍＷ、移動速度＝５ｍ／ｓｅｃ）により点描方式で造形を行って同じ立体造形物を製造した場合の造形時間（約７４．５時間）に比べて、極めて高速で短時間で光造形を行うことができた。得られた立体造形物は、外観、強度に優れるものであった。

本発明の光学的立体造形方法を採用して光造形を行うことにより、寸法精度および外観に優れ、しかも高い強度を有する高品質の立体造形物を、速い造形速度および高い造形精度で、生産性良く製造するのに有効に使用することができる。
そして、本発明の光学的立体造形方法により、小型から大型に至る各種の立体造形物の製造に有効に使用することができる。
本発明の光学的立体造形方法による場合は、精密部品、電気・電子部品、家具、建築構造物、自動車用部品、各種容器類、鋳物、金型、母型などのためのモデルや加工用モデル、複雑な熱媒回路の設計用の部品、複雑な構造の熱媒挙動の解析企画用の部品、その他の複雑な形状や構造を有する各種の立体造形物を、高い造形速度および寸法精度で円滑に製造することができる。

本発明の光学的立体造形方法を実施する際の、複数の方形の面状描画マスクにおける各面状描画マスクの全面透光時に光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に形成される連続した光形状パターンの例を示す図である。 複数の方形の面状描画マスクにおける各面状描画マスクの全面透光時に光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に形成される連続した光形状パターンの別の例を示す図である。 複数の方形の面状描画マスクにおける各面状描画マスクの全面透光時に光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に形成される連続した光形状パターンの更に別の例を示す図である。 本発明の実施に好ましく用いられる光学的立体造形装置を構成する各光学装置系の例を示す図である。 本発明の実施に好ましく用いられる光学的立体造形装置に用いる偏角プリズムの例を示す図である。 図１に示す光形状パターンを造形面に形成するのに用いられる光学的立体造形装置の例を示す図である。 図６の光学的立体造形装置を矢印イの方向から見た図である。 図２または図３に示す光形状パターンを造形面に形成するのに用いられる光学的立体造形装置の例を示す図である。 図８の光学的立体造形装置を矢印イの方向から見た図である。 実施例１で製造した立体造形物の断面形状パターンを示した図である。

符号の説明

Ａ １個の面状描画マスクの全面透光時に造形面に形成される光形状パターン
Ｂ １個の面状描画マスクの全面透光時に造形面に形成される光形状パターン
Ｃ １個の面状描画マスクの全面透光時に造形面に形成される光形状パターン
Ａ１ 光学装置系
Ｂ１ 光学装置系
Ｃ１ 光学装置系
１ 光源
２ ロッドレンズ
３ 凸レンズ
４ 反射鏡
５ 集光レンズまたはフレネルレンズ
５ａ フレネルレンズ
５ｂ フレネルレンズ
５ｃ フレネルレンズ
６ 面状描画マスク
６ａ 面状描画マスク
６ｂ 面状描画マスク
６ｃ 面状描画マスク
７ 投影レンズ
７ａ 投影レンズ
７ｂ 投影レンズ
７ｃ 投影レンズ
８ 光硬化性樹脂組成物よりなる造形面
９ 偏角プリズム
９ａ 偏角プリズム
９ｃ 偏角プリズム

Claims (4)

1. （ｉ） 光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に複数の方形の面状描画マスクを介して制御下に所定の形状パターンの光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成した後、該光硬化した樹脂層の上に１層分の光硬化性樹脂組成物を施して光硬化性樹脂組成物よりなる造形面を形成し、その造形面に前記複数の方形の面状描画マスクを介して制御下に所定の形状パターンの光を照射して所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を更に形成する光造形工程を所定の立体造形物が形成されるまで順次繰り返すことによって立体造形物を製造する方法であって；
   （ii） 複数の方形の面状描画マスクを介して造形面に照射される複数の光形状パターンを、各面状描画マスクの全面透光時に各面状描画マスクを介して造形面に照射される光形状パターンが隣り合う方形の光形状パターンのうちの一方の方形の光形状パターンの対角線上の一方の端部ともう一方の方形の光形状パターンの対角線上の一方の端部とが当該隣り合う方形の光形状パターン同士の対角配置状態で互いに点状に密接するかまたはオーバーラップして位置して複数の方形の光形状パターン全体で１つの連続した千鳥状の光形状パターンを造形面に形成するように配置させ；
   （iii） 前記（ii）に記載した１つの連続した千鳥状の配置形態を維持しながら複数の方形の面状描画マスクのそれぞれを介して造形しようとする形状に応じた形状パターンの光を光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に照射して、造形面に所定の断面形状パターンを有する光硬化した樹脂層を形成する；
   ことを特徴とする光学的立体造形方法。
2. 複数の方形の面状描画マスク、および光造形時に前記面状描画マスクと共に移動する他の光学部材を、同一の駆動系で一緒に移動させながら光造形を行う請求項１に記載の光学的立体造形方法。
3. 方形の面状描画マスクとして、微小ドットエリアでの遮光および透光が可能な複数の微小光シャッターを面状に配置し且つマスク画像を連続的に変化させ得る方形の面状描画マスクを使用して、複数の方形の面状描画マスクおよび当該面状描画マスクと共に移動する他の光学部材を一緒に連続移動させながら光造形操作を行い、当該面状描画マスクの連続移動時に、形成しようとする断面形状パターンに対応させて前記複数の微小光シャッターによりマスク画像を連続的に変えながら光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に光を照射する請求項１または２に記載の光学的立体造形方法。
4. 方形の面状描画マスクが、液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターを面状に配置した方形の面状描画マスクである請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学的立体造形方法。

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