JP4928345B2 - 三次元造形装置 - Google Patents

Description

本発明は、三次元造形装置に関し、さらに詳細には、光を照射すると硬化する光硬化樹脂を用いて三次元造形物を作製する三次元造形装置に関する。

従来より、可視光または紫外光などの光の照射により硬化する性質を有する光硬化樹脂を用いた三次元造形装置が知られている。

こうした三次元造形装置としては、例えば、光硬化樹脂を貯留する容器の底面に透光板を用い、当該透光板の下側から光を照射し、上記容器内に配置された造形物の土台となる造形物保持板下面に造形物が所定の液層厚さ分だけ硬化するようにして造形物を造形したのち、造形物保持板と透光板との間で硬化した造形物を容器の底面から剥離し、さらに所定の液層厚さ分だけ造形物保持板を上昇させて新たな造形物の層を硬化させる、という動作を行う三次元造形装置が知られている。

そして、この三次元造形装置においては、上記した動作を順次繰り返し行うことにより、所定の液層厚さ分だけの造形物の層を順次積層して、三次元造形物の作製が行われるものである。

ところで、上記したような従来の三次元造形装置では、硬化した造形物を容器の底面から剥離する際に、硬化した樹脂を離型処理した透光板から無理矢理剥離する場合が多く、接着面積が大きい、即ち、剥離抵抗が大きい場合には、硬化した造形物を容器の底面から剥離することができなくなり、そこで造形がストップしてしまうという問題点があった。

また、こうして造形がストップしてしまう状態のときには、造形物保持板を上昇させるモーターが脱調しており、その後の造形を続行できなくなるという問題点もあった。

このため、上記したような問題点を解決することのできる三次元造形装置として、例えば、特許文献１として提示する特開２０００−１５８５４６号公報に開示された三次元造形装置が提案されている。

この特許文献１に開示された三次元造形装置は、硬化した造形物を造形物保持板とともに引き上げる際に、造形物保持板を垂直に引き上げるのではなく、造形物保持板を水平方向もしくは斜め上方向へずれ動くように移動して、はじめに造形物と容器の底面との間に隙間を生じさせてから少しずつ剥がすことが可能な機構を備えており、作成した造形物を衝撃による変形や破損を生じることなく容器の底面より引きはがすことが可能となされている。

しかしながら、上記した特許文献１に開示された三次元造形装置においては、上記した造形物保持板の動作を実現するために、造形物保持板を上下方向に移動するための昇降手段の他に、造形物保持板を水平方向もしくは斜め上方向に移動してから上昇させる移動手段を設ける必要があるため、構成が極めて複雑になるため装置全体が大型化し、また、コスト高を招くという新たな問題点を招来するものであった。

特開２０００−１５８５４６号公報

本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡潔な構成により、かつ、製造コストの上昇を招来することなく、作製された三次元造形物を透光板から容易に剥離することを可能にした三次元造形装置を提供しようとするものである。

また、本発明の目的とするところは、造形成功率を大きく向上させ、かつ、低騒音で小型の三次元造形装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、光の照射により硬化する光硬化樹脂を用いて三次元造形物を作製する三次元造形装置において、液体状態の光硬化樹脂を貯留可能な容器と、上記容器に貯留された光硬化樹脂に対して光を照射する光源と、上記容器内において光硬化樹脂が硬化する際の土台となる三次元造形物保持板と、上記三次元造形物保持板を係止し、上記三次元造形物保持板と連動する三次元造形物保持ユニットと、上記三次元造形物保持ユニットを上下方向に移動する駆動手段とを有し、上記三次元造形物保持ユニットは、上記三次元造形物保持板と上記容器の底部との間で硬化して上記三次元造形物保持板と上記容器の底部とにそれぞれ密着した三次元造形物を、上記駆動手段により上記三次元造形物保持ユニットを上方に移動することにより上方に移動する際に、上記三次元造形物保持板が上記三次元造形物を介して上記容器の底面側に引っ張られる力の大きさに応じて上記容器の底面に対して傾斜するようにしたものである。

従って、本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、上記三次元造形物保持板と上記容器の底部との間で硬化して上記三次元造形物保持板と上記容器の底部とにそれぞれ密着した三次元造形物を上記容器の底部より剥離する際に、上記三次元造形物保持板が前記三次元造形物を介して前記容器の底面側に引っ張られる力の大きさに応じて、上記容器の底部と当該三次元造形物との剥離具合いに合わせて三次元造形物保持板が自然な角度に傾斜するようになるので、当該三次元造形物に無理な力を与えることなく、当該三次元造形物の端部より少しずつ上記容器の底部から剥離させることが可能となり、上記容器の底部から当該三次元造形物を容易に剥離することが可能になる。

また、こうした本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、三次元造形物保持板の傾斜は付勢手段の付勢力により調節されるので、複雑な構成を必要とせずに構成の簡潔化が図られ、装置全体を小型化することができる。

また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記三次元造形物保持ユニットは、上記容器の底面に対して平行状態に保持された固定部と、上記固定部に対して回動自在に支持されるとともに上記三次元造形物保持板を係止する傾斜部と、上記固定部と上記傾斜部との間に配置され、上記傾斜部に係止された上記三次元造形物保持板が上記三次元造形物を介して上記容器の底面側に引っ張られる力に抗して、上記傾斜部を上記容器の底面に対して平行状態になる方向に付勢する付勢手段とを有し、上記傾斜部は、上記傾斜部に対して上記三次元造形物保持板が上記三次元造形物を介して上記容器の底面側に引っ張られる力が付与されていないときに、上記容器の底面に対して平行状態に維持するストッパーを備えるようにしたものである。

また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または２のいずれか１項に記載の発明において、上記容器は、上記光源からの光を透過可能な膜を表面に着脱自在に配設した透光板よりなる底部と、上記底部上に着脱自在に配設された枠体とを有するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２または３のいずれか１項に記載の発明において、上記膜は、表面に光硬化樹脂が容易に剥離可能なコーティングを施されているようにしたものである。

また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の発明において、上記膜は、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）の表面にフルオロシリコン系離型材を塗布したフィルムであるようにしたものである。

また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項５に記載の発明において、上記フィルムの厚さは、５０〜１２０μｍであるようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、簡潔な構成により、かつ、製造コストの上昇を招来することなく、作製された三次元造形物を透光板から容易に剥離することが可能になるという優れた効果を奏する。

また、本発明は、以上説明したように構成されているので、造形成功率を大きく向上させることが可能になり、かつ、低騒音で小型の三次元造形装置を提供することが可能になるという優れた効果を奏する。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による三次元造形装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。

ここで、図１には、本発明の実施の形態の一例による三次元造形装置１０の概略構成斜視説明図が示されている。

この本発明による三次元造形装置１０は、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化樹脂材料に紫外線を照射する光学システム１１と、液体状態の紫外線硬化樹脂材料を貯留する容器１８と、容器１８内の硬化した紫外線硬化樹脂材料の土台となるとともに保持する三次元造形物保持ユニット２０と、三次元造形物保持ユニット２０を図１に示したＸＹＺ直交座標系を示す参考図におけるＺ軸方向（図２（ａ）における上下方向）に昇降して移動するための駆動システム２２とを有して構成されている。

次に、図２（ａ）（ｂ）を参照しながら、三次元造形装置１０の構成について詳細に説明するが、図２（ａ）には本発明の実施の形態の一例による三次元造形装置１０の概略構成断面説明図が示されており、また、図２（ｂ）には図２（ａ）に示したＡ矢印方向から見た場合の構成説明図（Ａ矢視説明図）が示されている。

即ち、この三次元造形装置１０は、光学システム１１として、パーソナルコンピュータ（図示せず。）より転送されたデータの形状をあらわす光を照射する光源１２と、光源１２から出射された光を集光するレンズ１４と、レンズ１４により集光された光を容器１８方向へ反射するミラー１６とを備えており、ミラー１６により反射された光が容器１８へ向けて照射される。

ここで、容器１８は、ミラー１６により反射された光が内部に貯留された光硬化樹脂に照射可能な構成を備えている。

また、三次元造形物保持ユニット２０は、容器１８内で硬化する光硬化樹脂材料と密着して三次元造形物を保持する土台となる三次元造形物保持板３０を備えている。

より詳細に説明すると、光学システム１１の光源１２としては、可視光により画像を投影するプロジェクターを用い、また、光学システム１１のレンズ１４としては、凸レンズを用いた。

また、容器１８は、ミラー１６により反射された光を透過可能な底板となる透光板２４と、透光板２４の上面に配置されて光を透過可能な膜２６と、膜２６上に配置された所定の高さを有する枠体２８とを有して構成されている。

即ち、容器１８は、ミラー１６により反射された光を透過可能な透光板２４を底板としており、透光板２４の上面には、透光板２４を透過した光を透過可能な膜２６が両面粘着テープ２９にて枠体２８の外側部分に位置する透光板２４に固定されるように着脱自在に配設されている。

さらに、この膜２６上面には、透光板２４上からの光硬化樹脂の流出を防止して、光硬化樹脂を透光板２４上に貯留することが可能であるような所定の高さｈを有する枠体２８が着脱自在に配設されている。

従って、この容器１８においては、透光板２４と枠体２８とで囲まれた内部領域に液体状の光硬化樹脂を貯留することが可能であり、液体状の光硬化樹脂は枠体２８の上方から当該内部領域に供給することができる。

ここで、透光板２４としては、例えば、厚さｔ１が２〜６ｍｍのガラス板を用いることができる。

また、膜２６の表面には、光硬化樹脂が容易に剥離可能なコーティングが施されているものとする。

なお、こうした膜２６としては、例えば、厚さｔ２が５０〜１２０μｍのポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）フィルムの表面にフルオロシリコン系の離型材を塗布したフィルムを用いることができる。

一方、枠体２８としては、例えば、内径Ｄが１００〜２００ｍｍ、高さｈが１０〜４０ｍｍの円形のゴムを用いることができる。

なお、枠体２８が所定の重量を備える場合には、枠体２８を単に膜２６上面に載置するようにして配置しても膜２６上で移動することはなく、しかも、膜２６から枠体２８を容易に着脱できる。この実施の形態においては、このように枠体２８を膜２６上面に単に載置した。

また、枠体２８の側面に貫通孔を設けるようにして、当該貫通孔よりいつでも液体状態の光硬化樹脂を注入できるように構成してもよい。

一方、駆動システム２２は、Ｚ軸方向に延長するレール２２ａ（図３（ａ）を参照する。）と、レール２２ａ上をスライド自在に配設された板２２ｂと、板２２ｂをレール２２ａ上の任意の位置に移動する駆動源２２ｃとを有して構成されている。

なお、駆動源２２ｃとしては、各種のモーター、例えば、ステッピングモーターなどを用いることができる。

次に、図３（ａ）（ｂ）を参照しながら、三次元造形物保持ユニット２０の構成について詳細に説明するが、図３（ａ）には三次元造形物保持ユニット２０の一部を分解して示した概念構成斜視説明図が示されており、また、図３（ｂ）には三次元造形物保持ユニット２０の内部の一部を示した概念構成斜視説明図が示されている。

三次元造形物保持ユニット２０は、図３（ａ）に示すように、容器１８内で硬化する光硬化樹脂の土台となるとともに保持する基板となる三次元造形物保持板３０を有する保持部３４と、駆動システム２２のレール２２ａ上をスライドする板２２ｂに固定されるとともに保持部３４を載置して支持する支持ユニット３６とより構成されている。

ここで、保持部３４についてより詳細に説明すると、保持部３４は、三次元造形物保持板３０と上部板３２とを４本の支柱３０ａを介して連結することにより構成されている。

具体的には、三次元造形物保持板３０の四隅と上部板３２の四隅とにはねじ孔が形成されており、これらのねじ孔に両端をねじ切りされた４本の支柱３０ａをそれぞれねじ結合することにより、４本の支柱３０ａを介して三次元造形物保持板３０と上部板３２とが一体化されている。

次に、保持部３４を支持する支持ユニット３６について詳細に説明すると、支持ユニット３６は、ねじ結合により保持部３４と直接的に接続され下方側へ傾斜可能な機構を有する傾斜部３６−１と、傾斜部３６−１の直下に位置し傾斜部３６−１を支持するとともに底面部３６−２ａがＸＹ平面（図１のＸＹＺ直交座標系を示す参考図を参照する。）と平行に位置するように板２２ｂに固定された固定部３６−２とを有して構成されている。

上記した傾斜部３６−１は、全体として下方が開放したコ字形状を備えており、一方、上記した固定部３６−２は、全体として上方が開放したコ字形状を備えている。

また、傾斜部３６−１の寸法は固定部３６−２の寸法よりも大きくなるよう設計されており、傾斜部３６−１の上面部３６−１ｃと固定部３６−２の底面部３６−２ａ（図４を参照する。）とが対向するようにして位置して、傾斜部３６−１が固定部３６−２を包囲するように配置されるものである。

ここで、保持部３４の上部板３２には２つのねじ穴３２ａ、３２ｂが穿設されており、一方、支持ユニット３６の傾斜部３６−１の上面部３６−１ｃには２つのねじ穴３６−１ａ、３６−１ｂが穿設されている。

そして、ねじ穴３２ａとねじ穴３６−１ａとが連通するとともにねじ穴３２ｂとねじ穴３６−１ｂとが連通するように配置し、ねじ３８ａをねじ穴３２ａ、３６−１ａにねじ結合するとともにねじ３８ｂをねじ穴３２ｂ、３６−１ｂにねじ結合することにより、保持部３４と支持ユニット３６とが一体的に結合されている。

即ち、保持部３４の上部板３２と支持ユニット３６の傾斜部３６−１の上面部３６−１ｃとが平行に接触するようにして、支持ユニット３６が保持部３４の三次元造形物保持板３０と上部板３２との間に位置するように保持部３４に支持ユニット３６を差し込み、保持部３４の上部板３２のねじ穴３２ａと支持ユニット３６の傾斜部３６−１のねじ穴３６−１ａとが重なりあった際に、両ねじ穴を貫通するねじ３８ａでねじ止めし、また、保持部３４の上部板３２のねじ穴３２ｂと支持ユニット３６のねじ穴３６−１ｂとが重なり合った際に、両ねじ穴を貫通するねじ３８ｂでねじ止めするようにして、保持部３４を支持ユニット３６は結合して固定されているものである。

次に、図４を参照しながら、上記した支持ユニット３６の構成をより詳細に説明することとする。

即ち、図４には、支持ユニット３６の概略構成斜視説明図が示されているが、傾斜部３６−１の内側に配置されて傾斜部３６−１を固定する固定部３６−２の構造を視認しやすくするために、傾斜部３６−１は破線で表されている。

上記において説明したように、支持ユニット３６は傾斜部３６−１と固定部３６−２とを有して構成されているものであるが、上記したように、全体として上方が開放したコ字形状を備えた固定部３６−２は、全体として下方が開放したコ字形状を備えた傾斜部３６−１により包囲されている。

より詳細には、固定部３６−２は、ＸＹ平面（図４のＸＹＺ直交座標系を示す参考図を参照する。）と平行に位置する長方形形状の板状体である底面部３６−２ａを備え、底面部３６−２ａの上面には、両長辺に沿って所定の厚みを有する側部壁面部３６−２ｂ、３６−２ｃが固設されている。

即ち、２つの側部壁面部３６−２ｂ、３６−２ｃは互いに対向して平行に配置されており、かつ、底面部３６−２ａに対して垂直に立設されているものである。

こうした側部壁面部３６−２ｂ、３６−２ｃの長さは、底面部３６−２ａの長辺の長さより短く設定されている。そして、側部壁面部３６−２ｂは、その一方の端部位置が底面部３６−２ａの板２２ｂ側に位置する端部位置と合致するように配置され、また、側部壁面部３６−２ｃは、その一方の端部位置が底面部３６−２ａの板２２ｂ側に位置する端部位置と合致するように配置されている。

従って、底面部３６−２ａの端部、側部壁面部３６−２ｂの端部および側部壁面部３６−２ｃの端部は、Ｚ軸方向に沿う同一平面上にそれぞれ存在することになる。

さらに、こうした固定部３６−２の板２２ｂ側に位置する端部３６−２ｆ（具体的には、底面部３６−２ａ、側部壁面部３６−２ｂ、３６−２ｃのＺ軸方向に沿う端面である。）は、板２２ｂに垂直に接するようにして固定されており、他方の端部３６−２ｇは開放されている。

次に、傾斜部３６−１について詳細に説明すると、底面部３６−２ａと対向する長方形形状の板状体である上面部３６−１ｃを備え、上面部３６−１ｃの下面には、両長辺の端面に沿って側面部３６−１ｄ、３６−１ｅが形成されている。

即ち、２つの側面部３６−１ｄ、３６−１ｅは互いに対向して平行に配置されており、かつ、傾斜部３６−１の上面部３６−１ｃに対して垂直に立設されているものである。

なお、側面部３６−１ｄ、３６−１ｅの長さは、上面部３６−１ｃの長辺の長さと同一に設定されている。

また、傾斜部３６−１の上面部３６−１ｃにおける短辺側の板２２ｂ側に位置する端部３６−１ｆには、ストッパー３６−４が備えられている。

このストッパー３６−４は、ストッパー３６−４の端面部３６−４ａが、上面部３６−１ｃの端部３６−１ｆよりも所定の長さＬ１（図４および図５（ａ）を参照する。）分だけ板２２ｂ側へずれた位置に配置されるようにして、上面部３６−１に固定されている。

ここで、ストッパー３６−４には２つのねじ穴３６−４ｂ、３６−４ｃが穿設されており、また、上面部３６−１ｃにも２つのねじ穴（図示せず。）が穿設されている。

そして、ねじ穴３６−４ｂと上面部３６−１ｃに穿設された一方のねじ穴とが連通するとともにねじ穴３６−４ｃと上面部３６−１ｃに穿設された他方のねじ穴とが連通するように配置し、それぞれ連通したねじ孔にねじ４０ａ、４０ｂをねじ結合することにより、上面部３６−１ｃにストッパー３６−４が一体的に結合されている。

そして、傾斜部３６−１は、ストッパー３６−４の端面部３６−４ａと板２２ｂとが当接し、かつ、固定部３６−２を包囲するようにして、固定部３６−２を被覆するように配置されるものであるが、このとき、傾斜部３６−１と固定部３６−２とは高さ方向における間隙Ｌ２（図５（ａ）を参照する。）が所定の距離に保たれるように、傾斜部３６−１は回転軸３６−３によって軸支されて配設される。

上記した回転軸３６−３は円柱形状を備えており、上記したように、傾斜部３６−１はこの回転軸３６−３を介して固定部３６−２に回転自在に軸支されている。

より詳細には、傾斜部３６−１の側面部３６−１ｄ、３６−１ｅおよび固定部３６−２の側部壁面部３６−２ｂ、３６−２ｃにはそれぞれ貫通孔が穿設されており、こうした４つの貫通孔は図３（ｂ）に示したＸＹＺ直交座標系を示す参考図におけるＸ軸方向の同一直線上に並ぶように穿設されている。

そして、上記した４つの貫通孔に回転軸３６−３が貫入されており、回転軸３６−３を介して傾斜部３６−１と固定部３６−２とが相対的に回動自在に連結されている。

即ち、固定部３６−２は板２２ｂに固定されており、ＸＹ平面に対して常時平行状態に維持されるよう固定されているが、傾斜部３６−１は回転軸３６−３を介して固定部３６−２に係止されている。

次に、図５（ａ）（ｂ）を参照しながら、支持ユニット３６内部の構成を説明するが、図５（ａ）には、図３（ｂ）に示したＶ−Ｖ線における断面を示した概略断面説明図が示されている。

図４および図５（ａ）に示されているように、回転軸３６−３の中央部分には付勢手段としてバネ３６−３ａが配設されている。なお、本実施の形態においては、バネ３６−３ａとしてトーションバネを用いた。

このバネ３６−３ａは、その一方の端部３６−３ａａが固定部３６−２の底面部３６−２ａの上面と当接しており、その他方の端部３６−３ａｂが傾斜部３６−１の上面部３６−１ｃの下面と当接していて、底面部３６−２ａを下方方向に付勢するとととともに上面部３６−１ｃを上方方向に付勢する付勢力を備えている。

即ち、傾斜部３６−１にはバネ３６−３ａの付勢力により高さ方向における上方側へ向かう力が働いているが、傾斜部３６−１が上方側へ傾斜しようとするとストッパー３６−４と板２２ｂとが当接して、容器１８の底面である透光板２４と水平な面を超えて傾斜部３６−１が傾斜することのないように、全体の寸法が設定されている。

そして、傾斜部３６−１に対して外部より力が加わっていない状態では、傾斜部３６−１の上面部３６−１ｃが容器１８の底面である透光板２４に対しては水平状態を保ち、傾斜部３６−１に対して外部から高さ方向における下方方向への所定の力が加えられた場合には、傾斜部３６−１のみが回転軸３６−３を中心に下方側へ回転するように、バネ３６−３ａの付勢力が設定されている（図５（ｂ）を参照する。）。

なお、傾斜部３６−１のみが回転軸３６−３を中心に下方側へ回転する際における、ＸＹ平面に対する傾斜部３６−１の傾斜角度は、バネ３６−３ａの付勢力と傾斜部３６−１に対する下方方向への力とに依存するものである。

以上の構成において、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）を参照しながら、上記した三次元造形装置１０を用いて三次元造形物を作製する際の動作について説明することとする。

なお、光硬化樹脂に対して光を照射するための光源１２などの光学システム１１については従来より公知の技術を用いればよいため、その詳細な説明については省略するものとする。

ここで、光源１２から出射される光は、作製する三次元造形物の形状を表すものであるが、パーソナルコンピュータ（図示せず）から光源１２へは、作製する三次元造形物の形状を水平方向に分割して複数の層に分けたデータが、第１層目から順に一定時間ごと１層分ずつ転送されるようにプログラムされているものとする。

具体的には、この三次元造形装置１０においては、作製する三次元造形物の形状を水平方向に３０μｍ毎に複数の層に分割したデータ、即ち、各層の厚さが３０μｍのデータが第１層目から一定時間ごと１層分ずつ順に光源１２へ転送されていくものとする。

三次元造形装置１０を用いて三次元造形物を作製するにあたっては、まず、容器１８の透光板２４と枠体２８とで囲まれた内部領域に、液体状の光硬化樹脂を流し込んで貯留する。

このようにして容器１８に貯留する光硬化樹脂の量は、作製する三次元造形物の大きさに依存するものであるが、三次元造形物の作製途中で光硬化樹脂材料が不足になった場合には、上記内部領域に光硬化樹脂を追加的に流し込めばよい。

次に、三次元造形物保持板３０の下面部３０ｃが膜２６から３０μｍ上方に位置するように、三次元造形物保持板３０を駆動システム２２により移動する（図６（ａ）を参照する。）。つまり、膜２６の表面と三次元造形物保持板３０の下面部３０ｃとの間隙が３０μｍとなるように、三次元造形物保持板３０の位置を調整する。

次に、光源１２を用いて、膜２６の表面と三次元造形物保持板３０の下面部３０ｃとの間隙に位置する光硬化樹脂に対して光を照射する。この光の照射により、膜２６の表面と三次元造形物保持板３０の下面部３０ｃとの間にある光硬化樹脂は受光して、光の形状と同じ形状に硬化する。こうして、第１層目の光硬化樹脂の硬化を終了し、三次元造形物の第１層目が作製されることになる（図６（ｂ）を参照する。）。

次に、三次元造形物の第２層目を作製するため、駆動システム２２により三次元造形物保持板３０を上方へ移動させ、三次元造形物の第１層目として硬化した光硬化樹脂を上方へ移動させることになる。

即ち、第１層目の三次元造形物たる硬化した光硬化樹脂の上面は三次元造形物保持板３０の下面部３０ｃと密着しており、また、第１層目の三次元造形物たる硬化した光硬化樹脂の下面は膜２６の表面と密着しているが、こうした状態で三次元造形物保持ユニット２０を上方に少しずつ移動させていくと、図６（ｃ）に示すように、三次元造形物保持板３０に密着して硬化した光硬化樹脂は、三次元造形物保持ユニット２０の移動に伴い３〜５ｍｍ程度上方へ少しずつ移動する。

この三次元造形物保持板３０に密着して硬化した光硬化樹脂の上方への移動に伴い、三次元造形物保持板３０に密着して硬化した光硬化樹脂に密着した膜２６も当該光硬化樹脂に引っ張られて撓む。また、この膜２６に当該光硬化樹脂が引っ張られる際に生じる下方側への力により、三次元造形物保持ユニット２０内の傾斜部３６が回転軸３６−３を中心に、図６（ｃ）に示した矢印Ｂ方向へ回転するため、固定部３６−２を除く三次元造形物保持ユニット２０全体が斜め下方側へ傾くようになる。

さらに、駆動システム２２により三次元造形物保持ユニット２０を上昇させると、三次元造形物保持板３０に密着して硬化した三次元造形物が膜２６に引っ張られていることにより傾斜部３６の傾斜が増すが、膜２６の表面には光硬化樹脂を容易に剥離可能なコーティングが施されていることにより、傾斜部３６の傾斜に応じて、三次元造形物保持板３０に密着して硬化した光硬化樹脂の端部、即ち、傾斜部３６の傾斜の上方側に対向して位置する側の端部から徐々に膜２６が剥がれはじめ（図６（ｄ）を参照する。）、最終的には三次元造形物保持板３０に密着して硬化した光硬化樹脂に対して無理な力を加えることなく膜２６が容易に剥離される。

三次元造形物保持板３０に密着して硬化した光硬化樹脂が膜２６から剥離した後には、膜２６は再び元の平らな形状に復帰する（図６（ｅ）を参照する。）。また、三次元造形物保持ユニット２０もまた硬化した光硬化樹脂が膜２６から剥離したことにより図６（ｂ）に示した矢印Ｂ方向への力がなくなるため、もとの容器１８の底部である透光板２４に対して平行な状態に復帰する（図６（ｅ）を参照する。）。この間に、容器１８には未硬化の樹脂が満たされる。

そして、三次元造形物の第２層目を作製するための三次元造形物保持板３０の配置として、第１層目を作製した位置よりもさらに３０μｍ上方に三次元造形物保持板３０が位置するように、駆動システム２２により三次元造形物保持板３０の位置を調整する。つまり、膜２６の表面と三次元造形物保持板３０の下面部３０ｃとの間隙が６０μｍとなるように、三次元造形物保持板３０の位置を調整する（図６（ｆ）を参照する。）。

それから、上記した第１層目を作製の場合と同様に光源１２より光を照射すると、この光の照射により、膜２６と第１層目の硬化した光硬化樹脂との間の光硬化樹脂は受光し、光の形状と同じ形状に硬化する。こうして、第２層目の光硬化樹脂の硬化を終了し、三次元造形物の第２層目が作製されることになる（図６（ｇ）を参照する。）。

上記した第１層目および第２層目の作製の際の動作と同様な三次元造形物保持ユニット２０の移動と光の照射とを繰り返し行って、三次元造形物の作製を完了するものである。

以上において説明したように、三次元造形装置１０の三次元造形物保持ユニット２０は、三次元造形物の土台となる三次元造形物保持板３０を支持する傾斜部３６が、バネ３６−３ａを介して固定部３６−２に支持されているため、三次元造形物保持板３０が三次元造形物を介して容器１８の底面である透光板２４側に引っ張られる力の大きさに応じて、三次元造形物の膜２６からの剥がれ具合いに合わせて傾斜角度が変わるものであり、水平のままの状態の三次元造形物保持板３０を上昇させて膜２６から三次元造形物を剥がす場合に比べて、三次元造形物に負担をかけずに、三次元造形物を破壊することなく膜２６から剥離することが可能である。

また、三次元造形物保持ユニット２０の傾斜にはバネ３６の力を利用しているので、三次元造形物保持ユニット２０を傾斜させるための新たな駆動力を必要とせずに簡潔な構成であるため、装置の大型化や製造コストの大幅な上昇をもたらすことがない。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（７）に示すように変形することができるものである。

（１）上記した実施の形態においては、各構成部材の材料、各構成部材の厚さや内径、あるいは、三次元造形物を構成する際の各層の厚さなどについて、それぞれ具体的な材料名や数値を示したが、これらの材料名や数値は一例に過ぎないものであり、使用する光硬化樹脂の種類や作製する三次元造形物の大きさなどに応じて、適宜に変更してよいことは勿論である。

（２）上記した実施の形態においては、付勢手段としてバネ３６−３ａを用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、ゴムなどの弾性変形する弾性体を用いてもよい。

（３）上記した実施の形態においては、三次元造形物保持ユニット２０に用いるバネ３６−３ａを１つであるとしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、バネの強度や傾斜部３６−１の重量に合わせて、バネを複数個用いるようにしても良いものである。

（４）上記した実施の形態においては、三次元造形物保持ユニット２０に用いるバネ３６−３ａとしてトーションバネを用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、傾斜部３６−１を支持可能なバネであれば、板バネやコイルバネなどの他の形状のバネを用いるようにしても良いものである。

（５）上記した実施の形態においては、両面粘着テープ２９を用いて透光板２４に膜２６を着脱自在に配設したが、これに限られるものではないことは勿論であり、接着剤やクリップなどにより透光板２４に膜２６を着脱自在に配設してもよい。

（６）上記した実施の形態においては、枠体２８を膜２６上に単に載置したが、ネジなどの係止具を用いて、枠体２８を膜２６上に着脱自在に配設してもよい。

（７）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（６）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、種々の形状の三次元造形物を作製するサンプル試作などの際に利用することができるものである。

図１は、本発明の実施の形態の一例による三次元造形装置の概略構成斜視説明図である。 図２（ａ）は、本発明の実施の形態の一例による三次元造形装置の概略構成断面説明図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示したＡ矢印方向から見た場合のＡ矢視構成説明図である。 図３（ａ）は、本発明の実施の形態の一例による三次元造形装置の三次元造形物保持ユニットの一部を分解して示した概念構成斜視説明図であり、図３（ｂ）は、三次元造形物保持ユニットの内部の一部を示した概念構成斜視説明図である。 図４は、本発明の実施の形態の一例による三次元造形装置の支持ユニットの概略構成斜視説明図である。 図５（ａ）は、図３に示したＶ−Ｖ線における断面の断面説明図が示されており、図５（ｂ）は、支持ユニットの動作を説明した概念構成説明図である。 図６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）は、本発明の実施の形態の一例による三次元造形装置を用いて三次元造形物を作成する際の手順を示した概念説明図である。

符号の説明

１０ 三次元造形装置
１２ 光源
１４ レンズ
１６ ミラー
１８ 容器
２０ 三次元造形物保持ユニット
２１ 支持部
２２ 駆動手段
２２ａ レール
２２ｂ 板
２４ 透光板
２６ 膜
２８ 枠体
３０ 三次元造形物保持板
３０ａ 円柱
３０ｂ 貫通孔
３０ｃ 下面
３２ 上部板
３４ 保持部
３６ 支持ユニット
３６−１ 傾斜部
３６−２ 固定部
３６−３ 回転軸
３６−３ａ バネ
３６−４ ストッパー

Claims (6)

1. 光の照射により硬化する光硬化樹脂を用いて三次元造形物を作製する三次元造形装置において、
   液体状態の光硬化樹脂を貯留可能な容器と、
   前記容器に貯留された光硬化樹脂に対して光を照射する光源と、
   前記容器内において光硬化樹脂が硬化する際の土台となる三次元造形物保持板と、
   前記三次元造形物保持板を係止し、前記三次元造形物保持板と連動する三次元造形物保持ユニットと、
   前記三次元造形物保持ユニットを上下方向に移動する駆動手段と
   を有し、
   前記三次元造形物保持ユニットは、
   前記三次元造形物保持板と前記容器の底部との間で硬化して前記三次元造形物保持板と前記容器の底部とにそれぞれ密着した三次元造形物を、前記駆動手段により前記三次元造形物保持ユニットを上方に移動することにより上方に移動する際に、前記三次元造形物保持板が前記三次元造形物を介して前記容器の底面側に引っ張られる力の大きさに応じて前記容器の底面に対して傾斜する
   ことを特徴とする三次元造形装置。
2. 請求項１に記載の三次元造形装置において、
   前記三次元造形物保持ユニットは、
   前記容器の底面に対して平行状態に保持された固定部と、
   前記固定部に対して回動自在に支持されるとともに前記三次元造形物保持板を係止する傾斜部と、
   前記固定部と前記傾斜部との間に配置され、前記傾斜部に係止された前記三次元造形物保持板が前記三次元造形物を介して前記容器の底面側に引っ張られる力に抗して、前記傾斜部を前記容器の底面に対して平行状態になる方向に付勢する付勢手段と
   を有し、
   前記傾斜部は、前記傾斜部に対して前記三次元造形物保持板が前記三次元造形物を介して前記容器の底面側に引っ張られる力が付与されていないときに、前記容器の底面に対して平行状態に維持するストッパーを備えた
   ことを特徴とする三次元造形装置。
3. 請求項１または２のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
   前記容器は、
   前記光源からの光を透過可能な膜を表面に着脱自在に配設した透光板よりなる底部と、
   前記底部上に着脱自在に配設された枠体とを有する
   ことを特徴とする三次元造形装置。
4. 請求項１、２または３のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
   前記膜は、表面に光硬化樹脂が容易に剥離可能なコーティングを施されている
   ことを特徴とする三次元造形装置。
5. 請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
   前記膜は、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）の表面にフルオロシリコン系離型材を塗布したフィルムである
   ことを特徴とする三次元造形装置。
6. 請求項５に記載の三次元造形装置において、
   前記フィルムの厚さは、５０〜１２０μｍである
   ことを特徴とする三次元造形装置。

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