JP5429052B2 - 造形方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に形成された層状構造体を転写用基板に転写して該転写用基板に層状構造体を順次積層することにより立体を造形する造形方法に関する。

従来から、例えば特許文献１に記載のように、立体を造形する造形方法の一つとして、基板上に形成された層状構造体を転写用基板に転写することを繰り返して層状構造体が積層されてなる立体を造形する、いわゆる積層法が知られている。特許文献１では、まず、紫外線硬化樹脂を含む液状体が形成材料として用いられるとともに、該液状体に対する撥液性が付与された描画用基板に該液状体からなる液状層が形成される。次いで、転写用基板を描画用基板に近づけた後に、描画用基板と転写用基板とによって挟持された上記液状層に紫外光を照射する。これによって、液状層が硬化されてなる層状構造体が描画用基板と転写用基板との間に形成される。この層状構造体と転写用基板との接着力は、上記撥液性を有した描画用基板と層状構造体との接着力よりも大きく、転写用基板が描画用基板から遠ざけられると転写用基板に接着した状態で層状構造体が描画用基板から剥離される。このようにして層状構造体が転写用基板に転写される。そして転写用基板に転写された層状構造体に対する他の層状構造体の転写が繰り返されることによって、複数の層状構造体からなる立体が造形される。

特開平１０−３４７５２号公報

ところで、宙に浮いた部分を有するモデルを立体として表現する際には、宙に浮いた部分と他の部分とを連結させるための細い線状の連結部分を利用する必要がある。一方、上述した積層法では、液状体に対する撥液性が描画用基板に付与されているとはいえ、描画用基板上に形成された層状構造体を剥離させるときには、その剥離にともなう外力が、転写用基板に先行して転写された層状構造体に作用することになる。こうした外力が上述した連結部分に作用するとなれば、連結部分が曲がってしまったり、破損してしまったりする。その結果、連結部分に連結される部分の位置ずれや欠落といった立体の形状に関わる不具合が生じる虞があった。

本発明は、上記実状に鑑みてなされてものであり、その目的は、層状構造体が積層されてなる立体の形状の精度を高めることが可能な造形方法を提供することにある。

本発明の造形方法は、硬化性を有した液状層を描画用基板の描画面に描画する描画工程と、前記液状層に転写用基板を被せた状態で該液状層を硬化させる硬化工程と、前記描画用基板と前記転写用基板との間隔を広げることによって前記液状層の硬化物である層状構造体を前記転写用基板に転写する転写工程とを含み、前記描画工程、前記硬化工程、前記転写工程を繰り返すことによって、前記層状構造体が積層されたかたちの立体を前記転写用基板に造形する造形方法であって、前記描画工程では、前記描画面の描画領域において前記液状層の描画領域とは異なる領域に前記層状構造体を支持するための支持層を描画し、前記転写工程では、前記支持層共々、前記層状構造体を前記転写用基板に転写することを要旨とする。

この造形方法によれば、立体を構成する部材の周辺に支持層を形成しながら層状構造体を積層させることができる。すなわち、層状構造体の積層過程において、転写用基板に先行して積層された層状構造体を支持層で支持させながら、該層状構造体に新たな層状構造体を積層させることができる。そのため、転写用基板に積層された積層体に作用する外力を層状構造体と支持層とに分散させることができる。これにより、層状構造体のみを積層して立体を形成した場合に比べて、転写用基板に積層された層状構造体に曲りや破損などが生じ難くなることから、立体の構成部材の位置ずれや欠落といった不具合を生じ難くすることができる。それゆえに、立体の形状の精度を高めることができる。

この造形方法において、前記支持層は、前記液状層の描画領域を囲うように描画される。
この造形方法によれば、液状層の描画領域を囲うように支持層が描画される。こうした構成によれば、立体の構成部材に曲り及び破損をさらに生じ難くすることができる。それゆえに、立体の形状をより高精度に実現することができる。

この造形方法において、前記支持層は、前記液状層に接触するように描画される。
この造形方法によれば、層状構造体を積層させた積層体が支持層によって直接支持されることから、立体の構成部材に曲り及び破損をより一層生じ難くすることができる。

この造形方法において、前記支持層は、前記描画面の描画領域において、前記液状層の描画領域とは異なる領域の全域にわたって描画される。
ここで、層状構造体のみを転写用基板に積層した場合に、転写用基板と層状構造体との接触面積が小さくなればなるほど、転写用基板から層状構造体が脱落しやすくなる。この点、この造形方法によれば、描画面の描画領域の各位置には、液状層もしくは支持層が描画される。こうした構成によれば、層状構造体のみを積層した場合に比べて、転写用基板との接触面積を大きくすることができる。それゆえに、転写用基板から層状構造体が脱落し難くすることができる。

この造形方法において、前記支持層は、水溶性樹脂を水に溶解させた水溶液、または前記水溶液に非水溶性粉末樹脂を分散させた液状体で構成される。
この造形方法によれば、転写用基板に積層された積層体を浸水させるだけで支持層を除去することができる。これにより、例えば支持層を機械的に除去する場合に比べて、支持層の除去にともなう層状構造体への負荷を抑えることができる。それゆえに、支持層の除去にともなう立体の変形や破損を生じ難くすることができる。

この造形方法において、前記液状層は、光硬化性を有している。
この造形方法によれば、液状層に光を照射するだけで該液状層を硬化させることができる。

この造形方法において、前記液状層及び前記支持層は、液状体を液滴にして吐出する液滴吐出法によって描画される。
この造形方法のように、液状体を液滴にして吐出する液滴吐出法を用いて液状層及び支持層を描画することで描画面に高精細な液状層及び支持層を形成することができる。

本発明を具体化した一実施形態の造形方法に用いられる造形システムの構成を示す図。 造形システムを構成する造形装置の斜視構造を示す斜視図。 造形装置が有する液滴吐出ヘッドの側面構造を示す側面図。 液滴吐出ヘッドが有するノズル形成面の平面構造を示す平面図。 液滴吐出ヘッドの内部構造を示す側断面図。 造形装置が有する露光部及び転写部の斜視構造を示す斜視図。 露光部及び転写部の側面構造を示す側面図。 造形装置の電気的構成を示すブロック図。 造形システムによって造形される立体の積層構造の一例を示す図。 本発明を具体化した造形方法の手順を示すフローチャート。 描画面において各液状体の描画領域を模式的に示した図。 断面層が描画された状態を模式的に示す図。 断面層が硬化される状態を模式的に示す図。 断面層が転写された状態を模式的に示す図。 第ｎ層目まで断面層が積層されたときにおける転写部の側面図。 除去工程後における積層体の正面構造を示す正面図。 断面層が硬化される状態を模式的に示す図。 変形例における支持層の形成態様の一例を示す図。

以下、本発明を具体化した一実施形態における造形方法について図１〜図１７を参照して説明する。まず、造形方法に用いられる造形システムについて説明する。図１は、造形システムの概略構成を示す図である。図１に示されるように、造形システム１は、コンピューター３と、造形装置５と、浸水装置９とで構成されている。コンピューター３は、立体７を複数の層状構造体からなる積層体として取り扱うために、立体７の形状を示すデータに基づいて各層状構造体の形状を示すデータを生成する。コンピューター３は、層状構造体の形状を示すデータである層形状データを造形装置５に出力する。造形装置５は、コンピューター３から入力される層形状データに基づいて、該層形状データが示す形状の層状構造体と該層状構造体を支持する支持層とで構成される断面層を形成するとともに、断面層を順次積層する。そのあと、前記断面層からなる積層体を浸水装置９に浸水させて支持層を除去することによって立体７を造形する。なお、本実施形態の立体７は、構成部材として、屈曲部材７ａ及び空中部材７ｂの他、屈曲部材７ａと空中部材７ｂとを連結する連結部材７ｃを有している。

次に、造形システム１を構成する造形装置５について図２を参照して説明する。図２は、造形装置の斜視構造を示す斜視図である。図２に示されるように、造形装置５は、基板搬送部１０と、キャリッジ搬送部２０と、露光部７０と、転写部８０とを有している。

基板搬送部１０は、一つの方向に沿って延びる基台１２を有している。基台１２の上面１２ａには、基台１２が延びる方向である搬送方向Ｘに沿って延びる一対のガイドレール１３ａ，１３ｂが敷設されている。一対のガイドレール１３ａ，１３ｂには、基板搬送モーター１６（図８参照）の駆動軸に伝達機構を介して連結された搬送テーブル１４が配設されている。そして基板搬送モーター１６が駆動されると、ガイドレール１３ａ，１３ｂに沿って、転写部８０と対向する転写エリアと該転写エリアとは反対側の待機エリアとの間で搬送テーブル１４が移動する。

搬送テーブル１４は、露光部７０が出射する紫外光７１（図７参照）に対して透過性を有した例えばガラスや石英などで構成されている。搬送テーブル１４の上面１４ａには、矩形状の描画面１５ａを有した第１基板としての描画用基板１５が載置されている。描画用基板１５は、これもまた露光部７０が出射する紫外光７１（図７参照）に対して透過性を有した例えばガラスや石英などで構成されている。

キャリッジ搬送部２０は、基台１２が延びる方向と直交する方向であるヘッド移動方向
Ｙにおける基台１２の両側に立設された支柱２１ａ，２１ｂと、該支柱２１ａ，２１ｂに架設されたガイド部材２２とを有している。なお、搬送方向Ｘ及びヘッド移動方向Ｙに直交する方向を鉛直方向Ｚという。ガイド部材２２には、ガイド部材２２が延びる方向に沿ってガイドレール２３が配設されている。ガイドレール２３には、キャリッジモーター２７（図８参照）の駆動軸に伝達機構を介して連結されたキャリッジ２４が配設されている。そしてキャリッジモーター２７が駆動されると、ガイドレール２３に沿ってキャリッジ２４が移動する。このキャリッジ２４には、ヘッドプレート２５を介して液滴吐出ヘッド３０が搭載されている。なお、本実施形態の造形装置５においては、搬送テーブル１４が移動する経路のうち、液滴吐出ヘッド３０が移動する経路と相対向する領域を描画エリアという。

次に、キャリッジ２４に搭載される液滴吐出ヘッド３０について図３〜図５を参照して説明する。図３は、キャリッジ２４が移動する方向から見た液滴吐出ヘッドの側面図である。図４は、ノズル形成面の平面構造を示す平面図である。図５は、液滴吐出ヘッドの内部構造を示す側断面図である。

図３に示されるように、液滴吐出ヘッド３０は、ヘッドプレート２５に連結されるヘッド本体３１と、ヘッド本体３１の底部に設けられたノズルプレート３２とを有している。ノズルプレート３２は、液滴吐出ヘッド３０と描画用基板１５とが対向するときに、ノズル形成面３２ａと描画用基板１５の描画面１５ａとが略平行になるように配置されている。そしてノズル形成面３２ａと描画面１５ａとが相対向するとき、液滴吐出ヘッド３０は、これらの間に液滴５５，６５（図５参照）が飛行する空間を形成する。またノズルプレート３２のノズル形成面３２ａは、ヘッド本体３１と描画用基板１５とが相対向している間、ノズル形成面３２ａと描画面１５ａとの距離であるプラテンギャップが所定の距離に維持される。ノズル形成面３２ａには、鉛直方向Ｚに沿ってノズルプレート３２を貫通するノズル３３が複数形成されている。

図４に示されるように、ノズルプレート３２には、描画用基板１５が移動する方向に沿ってピッチ寸法Ｐで配列された複数のノズル３３からなる２本のノズル列３４ａ，３４ｂが液滴吐出ヘッド３０の移動する方向に並設されている。このノズル列３４ａ，３４ｂを構成する複数のノズル３３は、液滴吐出ヘッド３０が移動する方向から見て、ノズル列３４ａにおけるノズル３３の間を補うようにノズル列３４ｂにおけるノズル３３が配置されている。そして、これら２本のノズル列３４ａ，３４ｂによってノズル群３５Ｋが構成されている。なお、ノズルプレート３２には、ノズル群３５Ｋと同様の構成からなるノズル群３５Ｃ、ノズル群３５Ｍ、ノズル群３５Ｙ、ノズル群３５Ｗ、及びノズル群３５Ｔが液滴吐出ヘッド３０の移動する方向に併設されている。

図５に示されるように、ヘッド本体３１は、ノズルプレート３２に接合されるとともに、各ノズル３３に連通した複数のキャビティ４５を有したキャビティプレート４１と、各キャビティ４５を覆うようにキャビティプレート４１に接合された振動板４２とを有している。またヘッド本体３１は、各キャビティ４５に対向するように振動板４２に接合された複数の圧電素子４３を有している。このような構成からなる液滴吐出ヘッド３０では、駆動電圧を受けた圧電素子４３が鉛直方向Ｚに伸縮すると、各キャビティ４５に収容された液状体５０，６０の一部が駆動電圧に応じたサイズや速度を有する液滴５５，６５としてノズル３３から吐出された後に描画面１５ａに着弾する。そして描画面１５ａには、着弾した液滴５５による液状層５８と液滴６５による支持層６８とで構成される断面層６９が描画される。なお、このような液滴吐出ヘッド３０を用いて液状層５８及び支持層６８を描画する構成であれば、ディスペンサ法を用いて形成されたものよりも高精細な液状層５８及び支持層６８を描画することが可能である。

次に、ノズル３３から液滴５５，６５として吐出される液状体５０，６０について説明する。まず、液状体５０について説明する。本実施形態の液状体５０は、紫外光によって硬化が進行する光硬化性を有した光硬化剤が樹脂材料に添加されてなる液状体である。こうした液状体５０を構成する樹脂材料としては、例えば、アクリル系やエポキシ系の樹脂材料など採用することが可能である。また光硬化剤としては、例えば、ラジカル重合型の光重合開始剤や、カチオン重合型の光重合開始剤などが採用することが可能である。なお、ラジカル重合型の光重合開始剤としては、例えば、イソブチルベンゾインエーテルや、イソプロピルベンゾインエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインメチルエーテル、ベンジル、ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ジエトキシアセトフェノン、クロロチオキサントン、イソプロピルチオキサントンなどが挙げられる。カチオン重合型の光重合開始剤としては、例えば、アリールスルホニウム塩誘導体や、アリルヨードニウム塩誘導体、ジアゾニウム塩誘導体、トリアジン系開始剤などが挙げられる。

上述した液状体５０は、それに照射させる紫外光の強度及び照射時間に応じて、該液状体５０の硬化の進行する度合いが異なる。例えば、液状体５０に照射される紫外光の強度が一定ならば、紫外光の照射時間が長くなるほど、液状体５０の硬化がより進行することになる。また、液状層に照射させる紫外光の照射時間が一定ならば、紫外光の強度が高くなるほど、液状体５０の硬化がより進行することになる。それゆえに、液状体５０に照射する紫外光の強度や照射時間を変えることによって、液状体５０の硬化度合いを変えることが可能である。

また、上記構成の液状体５０に顔料や染料等の色素や、親液性あるいは撥液性を示す表面改質材料などの機能性材料を添加することによって、固有の機能を有する液状体５０を生成することも可能である。なお本実施形態の造形装置５には、液状体５０として、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）及びホワイト（Ｗ）の各色で構成された５種類の液状体５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋ，５０Ｗが用いられている。そしてノズル群３５Ｋ，３５Ｃ，３５Ｍ，３５Ｙ，３５Ｗの各々には、それに対応する液状体５０Ｋ，５０Ｃ，５０Ｍ，５０Ｙ，５０Ｗが供給される。

本実施形態の液状体６０は、非水溶性粉末樹脂に水溶性樹脂を水に溶解させた水溶液である。こうした液状体６０は、含有する水分が蒸発することによって徐々に固化するとともに、固化物を水に曝すことによって再び液状体に戻る。支持層の強度を増すためには、水溶性樹脂を水に溶解させた水溶液に非水溶性粉末樹脂を分散した液状体を用いてもよい。非水溶性粉末樹脂としては、アクリル系やシリコーン系、アクリルシリコーン系の粉末樹脂を用いることができる。また非水溶性粉末樹脂は、インクジェットヘッドのノズル径の目詰まりと支持体の強度維持との関係上、粒径が好ましくは４．０μｍ以下、さらに好ましくは２．０μｍ以下で、且つ複数粒径を持つ混合粒子であるのが好ましい。非水溶性粉末樹脂に添加される水溶性樹脂としては、例えばポリビニルアルコール（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ、以下ではＰＶＡとよぶ）が好適である。またＰＶＡにおける重合度の好ましい範囲は、３００〜６０００、より好ましくは３００〜２０００、さらに好ましくは３００〜１０００である。またＰＶＡにおける鹸化度の好ましい範囲は、８０〜１００未満、より好ましくは８５〜９０である。上述した範囲内のＰＶＡを用いることで、液状体６０が固化したときに高い粉末固定力と固化物の溶解容易性とを得ることができる。支持層の強度を特に必要としない場合には、非水溶性粉末樹脂を加えなくてもよい。なお、本実施形態の造形装置５においては、ノズル群３５Ｔを構成するノズル３３から液状体６０が液滴６５として吐出される。

次に、液滴５５が着弾する描画用基板１５の描画面１５ａについて説明する。描画面１５ａには、液状体５０，６０に対して撥液性を示す材料がコーティングされている。描画面１５ａに撥液性を持たせることにより、描画面１５ａにおいて硬化した液状体５０，６
０を該描画面１５ａから剥離させやすくすることができる。液状体５０，６０に対して撥液性を示す材料としては、例えば、フッ素やフッ素化合物を含有する材料が挙げられる。撥液領域は、フッ素やフッ素化合物を含有するガス中に基板を曝す気相法、フッ素やフッ素化合物を含有する溶液中に基板を浸す浸液法、該溶液を基板に吹き付けるスプレー法、該溶液を基板の表面で伸ばすスピンコート法などによって形成される。また、フッ素やフッ素化合物を含有するガス中で基板をプラズマ処理することによっても形成される。本実施形態では、フッ素化合物の１つであるフルオロアルキルシラン化合物を含む材料が描画面１５ａにコーティングされている。

次に、液状層５８の硬化を進行させる露光部７０について図６及び図７を参照して説明する。図６は、露光部及び転写部の斜視構造を示す斜視図である。図７は、描画用基板１５が移動する方向から見た露光部及び転写部の側面図である。

図６及び図７に示されるように、露光部７０は、基台１２が延びる方向における該基台１２の一端部に設けられている。露光部７０は、基台１２におけるガイドレール１３ａ，１３ｂ間に設けられた凹部１２ｂ内に配設されるとともに、該凹部１２ｂの開口部に向けて所定の波長及び強度を有した紫外光７１を光源７３から出射する。凹部１２ｂの開口部には、光源７３から出射された紫外光７１を透過する蓋板７５が配設されている。紫外光７１としては、描画面１５ａに形成されたコーティング膜が破壊されないように、２００ｎｍよりも長い波長の紫外光が好ましい。光源７３としては、例えば、水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、エキシマランプ等を用いることができる。そして搬送テーブル１４が転写エリアに位置しているときに光源７３から紫外光７１が出射されると、蓋板７５、搬送テーブル１４、及び描画用基板１５を通過した紫外光７１が描画面１５ａに描画された断面層６９に到達する。

次に、転写部８０について同じく図６及び図７を参照して説明する。図６及び図７に示されるように、転写部８０は、液滴吐出ヘッド３０が移動する方向における基台１２の両側に立設された支柱８１ａ，８１ｂと、露光部７０と相対向するように支柱８１ａ，８１ｂに架設された架設部材８２とを有している。液滴吐出ヘッド３０が移動する方向において架設部材８２の中央部には、露光部７０に向かって延びる支持部材８３が鉛直方向Ｚに移動するように取り付けられている。この支持部材８３の基端は、昇降モーター８６の駆動軸に伝達機構を介して連結されるとともに、該昇降モーター８６に駆動されて鉛直方向Ｚに移動する。また支持部材８３の先端には、第２基板としての矩形状の転写用基板８５が固定されている。転写用基板８５は、描画用基板１５の描画面１５ａに対して平行な造形面８５ａを有している。造形面８５ａは、搬送テーブル１４が転写エリアに配置されているときに、描画用基板１５の描画面１５ａにおける中心と該造形面８５ａにおける中心とが鉛直方向Ｚで一致するかたちで、描画用基板１５の描画面１５ａと相対向する。ちなみに、転写用基板８５の造形面８５ａは、描画用基板１５の描画面１５ａよりも液状体５０に対する撥液性が低くなるように構成されている。

次に、造形装置５の電気的構成について図８を参照して説明する。図８は、造形装置の電気的構成を示すブロック図である。図８に示されるように、造形装置５は、造形装置５を統括制御する制御部１０１を有している。制御部１０１は、ＣＰＵ１０２と、駆動制御部１０３と、記憶部１０４とを有している。ＣＰＵ１０２、駆動制御部１０３及び記憶部１０４は、バス１１１を介して互いに接続されている。

駆動制御部１０３は、モーター制御部１３１、位置検出制御部１３３、吐出制御部１３５、露光制御部１３７から構成されている。駆動制御部１０３の各構成部は、ＣＰＵ１０２からの指令に基づいて、基板搬送部１０、キャリッジ搬送部２０、液滴吐出ヘッド３０、露光部７０、転写部８０における駆動の態様を制御する。記憶部１０４は、ＲＡＭやＲ
ＯＭなどで構成されて、造形装置５における各種制御プログラム１０５を記憶する領域や、各種のデータが一時的に展開された展開データ１０６を記憶するための領域を有する。

制御部１０１には、インターフェース１１３（以下では、Ｉ／Ｆ１１３とよぶ）を介して上記コンピューター３が接続されている。コンピューター３は、立体７を複数の層状構造体からなる積層体として取り扱うために、立体７の形状を示すデータに基づいて各層状構造体の形状を示すデータを生成して制御部１０１に出力する。

ここで、複数の層状構造体からなる積層体として立体７を取り扱う態様について図９を参照して説明する。図９は、造形システムによって造形される立体の積層構造の一例を示す図である。

図９に示されるように、コンピューター３は、立体７の形状を示すデータに基づいて、厚さｔｎを有した立体７を、膜厚ｔを有するｎ層（ｎは、２以上の整数）の層状構造体１２０に仮想的に分割する。層状構造体１２０のうち、第４層目から第（ｋ−１）層目までの層状構造体１２０は、屈曲部材７ａ及び連結部材７ｃの一部を有している層状構造体である。また第ｋ層目及び第（ｋ＋１）層目の層状構造体１２０は、屈曲部材７ａ及び空中部材７ｂの一部を有している層状構造体である。なお、図９においては、各層状構造体１２０が識別しやすいように隣接する層状構造体１２０を色別している。そして、コンピューター３は、層状構造体１２０の各々に対して、層状構造体１２０の大きさ、厚さ、形、位置、配色などを示す層形状データを生成する。

モーター制御部１３１は、ＣＰＵ１０２からの指令に基づいて、基板搬送モーター１６、キャリッジモーター２７、及び昇降モーター８６の各々を駆動する。位置検出制御部１３３は、ＣＰＵ１０２からの指令に基づいて搬送テーブル１４の位置、キャリッジ２４の位置、及び転写用基板８５の位置の各々を、テーブル位置検出装置１４１、キャリッジ位置検出装置１４３、及び転写用基板位置検出装置１４５に検出させる。位置検出制御部１３３は、テーブル位置検出装置１４１、キャリッジ位置検出装置１４３、及び転写用基板位置検出装置１４５の検出結果に基づいて搬送テーブル１４の位置、キャリッジ２４の位置、及び転写用基板８５の位置を示す信号をＣＰＵ１０２に出力する。吐出制御部１３５は、ＣＰＵ１０２からの指令に基づいて液滴吐出ヘッド３０を駆動する。吐出制御部１３５は、記憶部１０４に格納された液滴５５，６５を吐出するためのデータに基づいて、圧電素子４３に駆動電圧を供給することでノズル３３から液滴５５，６５を吐出させる。露光制御部１３７は、ＣＰＵ１０２からの指令に基づいて、光源７３への電力供給とその遮断とを実行する。

次に、上述した造形装置５を用いて実行される立体７の造形方法について図１０を参照して説明する。図１０は、造形方法について全体の手順を示すフローチャートである。
図１０に示されるように、まず立体７を造形するための複数の層形状データがコンピューター３によって生成される層形状データ生成工程（ステップＳ１１）が行われる。次いで、第１層目の層形状データに基づいて、液状層５８と支持層６８とで構成される第１層目の断面層６９が描画用基板１５に描画される描画工程（ステップＳ１２）が行われる。続いて、描画用基板１５と転写用基板８５とによって第１層目の断面層６９が挟持された状態で液状体５０を硬化させる硬化工程（ステップＳ１３）と、液状層５８が硬化した層状構造体１２０と支持層６８とで構成される断面層６９を転写用基板８５側に転写する転写工程（ステップＳ１４）とが順に行われる。

そして、全ての層状構造体１２０に対する転写が終了したか否かの判断がなされる（ステップＳ１５）。全ての層状構造体１２０に対する転写が終了していない場合（ステップＳ１５：ＮＯ）には、全ての層状構造体１２０に対する転写が終了するまで、後続する層
状構造体１２０の描画工程（ステップＳ１２）、硬化工程（ステップＳ１３）、転写工程（ステップＳ１４）が繰り返される。一方、全ての層状構造体１２０に対する転写が終了している場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）には、断面層６９が積層された積層体１５０（図１５参照）を該転写用基板８５から引き離したのち、浸水装置９で積層体１５０を浸水させることによって支持層６８を除去する除去工程（ステップＳ１６）が行われる。

次に、上述した造形方法について図１１〜図１６を用いてさらに詳細に説明する。
図１１は、描画面において各液状体の描画領域を模式的に示した図であって、第１層目の断面層について示した図である。図１２は、断面層が描画された状態を模式的に示す図であって、第１層目の断面層が描画された状態を示す図である。図１３は、断面層が硬化される状態を模式的に示す図であって、第１層目の断面層が硬化される状態を示す図である。図１４は、断面層が転写された状態を模式的に示す図であって、第１層目の断面層が転写された状態を示す図である。図１５は、第ｎ層目まで断面層が積層された状態を模式的に示す図である。図１６は、除去工程後における積層体の正面構造を示す正面図である。

描画工程（ステップＳ１２）では、描画面１５ａに膜厚ｔの液状層５８と支持層６８とで構成される断面層６９が描画される。この断面層６９を描画する処理は、制御部１０１によって以下のようにして実行される。

まず制御部１０１は、記憶部１０４に記憶された制御プログラムに従って、描画対象である液状層５８に対応する層形状データを読み出した後、該層状構造体が形成される位置と該層状構造体の膜厚ｔとを該層形状データから把握する。次いで制御部１０１は、層状構造体の位置と該層状構造体の膜厚ｔとに基づいて、液状層５８を描画するために必要とされる液滴５５の直径、数量、位置と、支持層６８を描画するために必要とされる液滴６５の直径、数量、位置とを決定する。制御部１０１は、該液滴５５，６５の直径、数量、位置を示す断面層描画データを生成した後、該断面層描画データを記憶部１０４における所定の記憶領域に一旦格納する。本実施形態の制御部１０１は、記憶部１０４に記憶された制御プログラムに従って、描画面１５ａの描画領域の各位置には、液状体５０もしくは液状体６０が吐出されるように断面層描画データを生成する。第１層目の断面層６９に関して制御部１０１は、図１１に示されるように、描画面１５ａの中央部分に液状体５０を吐出させるとともに該液状体５０が吐出される領域を取り囲むように液状体６０を吐出させる。

そして制御部１０１は、図１２に示されるように、待機エリアから描画エリアへ描画用基板１５を搬送した後、断面層描画データを用いて、液滴吐出ヘッド３０と描画用基板１５とを相対的に移動させながら、膜厚ｔからなる断面層６９を描画面１５ａに描画する。なお、吐出された液状体６０は含有する水分が蒸発して徐々に固化していく。

硬化工程（ステップＳ１３）では、断面層６９を描画用基板１５と転写用基板８５とによって挟持させた状態で液状層５８を硬化させて層状構造体１２０を形成する。液状体５０を硬化させる硬化処理は、制御部１０１によって以下のようにして実行される。

まず制御部１０１は、図１３に示されるように、記憶部１０４に記憶された制御プログラムに従って、硬化対象である液状層５８に対応する位置まで転写用基板８５を降下させて、断面層６９を描画用基板１５と転写用基板８５とによって挟持させる。次いで制御部１０１は、光源７３への電力の供給を開始して断面層６９に紫外光７１を照射する。制御部１０１は、液状層５８を構成する液状体５０を完全に硬化させるだけの照射時間が経過すると光源７３への電力の供給を遮断する。なお、この硬化工程においても、支持層６８から水分が蒸発することによって支持層６８の固化が進行している。

転写工程（ステップＳ１４）では、硬化工程（ステップＳ１３）で形成された層状構造体１２０を転写用基板８５に転写させる。層状構造体１２０を転写させる処理は、制御部１０１によって以下のようにして実行される。制御部１０１は、記憶部１０４に記憶された制御プログラムに従って、転写用基板８５を上昇させる。この際、層状構造体１２０と支持層６８とで構成される断面層６９は、描画用基板１５に対する接着力よりも転写用基板８５に対する接着力の方が大きい。そのため、図１４に示されるように、転写用基板８５に接着した状態で描画用基板１５から剥離される。こうして第１層目の断面層６９が転写用基板８５側に積層される。

以後、描画工程（ステップＳ１２）から転写工程（ステップＳ１４）までの一連の処理が第２層目から第ｎ層目まで順に行われる。
なお、硬化工程（ステップＳ１３）において制御部１０１は、第ｊ層目の断面層６９に対しては、描画面１５ａと造形面８５ａとの距離が（ｊ×ｔ）となる位置まで転写用基板８５を降下させる。つまり第２層目以降の断面層６９においては、第１層目から第（ｊ−１）層目までの断面層６９を介して、描画用基板１５と転写用基板８５とによって挟持される。また、層状構造体１２０と支持層６８とで構成される断面層６９は、液状体５０，６０に対する撥液性を描画面１５ａが有していることから、描画面１５ａに対する接着力よりも先行して積層された断面層６９に対する接着力の方が大きい。そのため転写工程（ステップＳ１４）において断面層６９は、転写用基板８５の上昇にともなって該転写用基板８５に積層されている断面層６９に接着した状態で描画面１５ａから剥離される。

こうして、図１５に示されるように、第ｎ層目の断面層６９の転写工程（ステップＳ１４）が終了すると、転写用基板８５には断面層６９が積層された積層体１５０が形成される。そして、除去工程（ステップＳ１６）において、造形面８５ａから引き離された積層体１５０が浸水装置９に投入される。浸水装置９に投入された積層体１５０においては、支持層６８が水に溶出して除去されることため、図１６に示されるように、立体７が出現する。

このように、上述した液状体６０を用いることで、積層体１５０を浸水させるだけで支持層６８を除去することができる。これにより、支持層６８を機械的に除去する場合に比べて、立体７の構成部材への負荷を抑えることができる。すなわち、支持層６８の除去にともなう立体７の変形や破損を生じ難くすることができる。

次に、支持層６８の形成により層状構造体１２０の積層過程で発現される作用について図１７を参照して説明する。図１７は、断面層が硬化される状態を模式的に示す図であって、空中部材７ｂの一部を構成する層状構造体１２０を有する第ｋ層目の断面層が硬化される状態を模式的に示す図である。

図１７に示されるように、連結部材７ｃを構成する層状構造体１２０を有する第４層目から第（ｋ−１）層目までの断面層６９が積層されたのち、転写用基板８５には第ｋ層目の断面層６９が積層される。第ｋ層目の断面層６９は、屈曲部材７ａ及び空中部材７ｂの一部を構成する層状構造体１２０を有している。

描画工程（ステップＳ１２）において断面層６９が描画されると、硬化工程（ステップＳ１３）において制御部１０１は、描画面１５ａと造形面８５ａとの間の隙間が距離（ｋ×ｔ）となる位置まで転写用基板８５を降下させる。

このとき断面層６９は、第１層目から第（ｋ−１）層目までの断面層６９を介して、描画用基板１５と転写用基板８５とによって挟持される。そして制御部１０１は、光源７３
に電力を供給して断面層６９に紫外光７１を照射することで液状層５８を構成する液状体５０を硬化させる。制御部１０１は、液状体５０を完全に硬化させるだけの照射時間が経過すると光源７３への電力の供給を遮断する。続く転写工程（ステップＳ１４）において制御部１０１は、転写用基板８５を上昇させて断面層６９を描画面１５ａから剥離させて該断面層６９を転写用基板８５側に積層する。

転写工程（ステップＳ１４）においては、描画面１５ａが液状体５０，６０に対する撥液性を有しているとはいえ、先行して積層された第１層目から第（ｋ−１）層目までの断面層６９には、第ｋ層目の断面層６９の剥離にともなう外力が作用することになる。ここで、層状構造体１２０のみを積層した場合に上述した外力が連結部材７ｃのような細い線部材に作用するともなれば、連結部材７ｃの曲がってしまったり、破損してしまったりすることによって、空中部材７ｂの位置ずれや欠落といった不具合が生じる虞がある。

これに対して、上述した構成によれば、屈曲部材７ａ、空中部材７ｂ、連結部材７ｃによって形成される立体７の隙間には支持層６８が形成されている。そのため、先行して転写用基板８５に積層された断面層６９に上記外力が作用したとしても、該外力を層状構造体１２０と支持層６８とに分散させることができる。すなわち、層状構造体１２０のみが積層される場合に比べて、同じ大きさの外力を受けたときに各層状構造体１２０が受ける力を小さくすることができる。これにより、たとえ連結部材７ｃのような細い線部材であっても上記外力によって曲りや破損が生じ難くなることから、立体７の構成部材に位置ずれや欠落といった不具合を生じ難くすることができる。それゆえに、支持層６８を形成することなく層状構造体１２０のみが積層される場合よりも、立体７の形状の精度を高めることができる。

また、層状構造体１２０のみを積層した場合に、第１層目の層状構造体１２０と造形面８５ａとの接触面積が小さいとなれば、造形面８５ａから層状構造体１２０が剥離しやすくなる。そのため、積層過程において、層状構造体１２０を積層した積層体が造形面８５ａから脱落してしまう虞もある。

この点、上述した構成によれば、層状構造体１２０と支持層６８とで構成される断面層６９が造形面８５ａに接着している。すなわち、層状構造体１２０のみが積層される場合に比べて、支持層６８の分だけ造形面８５ａとの接触面積が大きくなることから、造形面８５ａと断面層６９との接着力を高めることができる。これにより、積層過程において、層状構造体１２０が造形面８５ａから脱落し難くすることもできる。

以上説明したように、上記実施形態の造形方法によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）断面層６９の積層過程において、立体７の構成部材である屈曲部材７ａ、空中部材７ｂ、連結部材７ｃによって形成される隙間には支持層６８が形成されている。こうした構成によれば、層状構造体１２０のみが積層される場合に比べて、積層過程において、層状構造体１２０が受ける力を小さくすることができる。これにより、立体７の構成部材に位置ずれや欠落といった不具合を生じ難くすることができる。それゆえに、立体７の形状の精度を高めることができる。

（２）描画面１５ａの各位置には液状体５０もしくは液状体６０を吐出した。こうした構成によれば、層状構造体１２０のみが積層される場合に比べて、第１層目の断面層６９と造形面８５ａとの接触面積を確実に大きくすることができる。これにより、積層過程において、転写用基板８５に積層した断面層６９を造形面８５ａから脱落し難くすることができる。

（３）支持層６８を構成する液状体６０として、水溶性樹脂を水に溶解させた水溶液、または水溶性樹脂を水に溶解させた水溶液に非水溶性粉末樹脂を分散させた液状体を用いた。こうした構成によれば、積層体１５０に浸水装置９に浸水させるだけで支持層６８を除去することができる。

（４）また、浸水によって支持層６８を除去することによって、支持層６８を機械的に除去する場合に比べて、立体７の構成部材への負荷を抑えることができる。これにより、支持層６８の除去にともなう立体７の変形や破損を生じ難くすることができる。

（５）液状層５８を構成する液状体５０は、紫外光７１を照射されることによって硬化する光硬化性を有している。こうした構成であれば、液状体５０に紫外光７１を照射するだけで液状層５８を硬化させることができる。

（６）液滴吐出ヘッド３０から液状体５０，６０の液滴５５，６５が吐出される液滴吐出法を用いて、描画面１５ａに液状層５８、支持層６８を描画した。こうした構成によれば、描画面１５ａに液状層５８、支持層６８を高精細に描画することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、液状体５０，６０を液滴５５，６５にして吐出する液滴吐出法を用いて描画面１５ａに液状層５８、支持層６８を描画した。これに限らず、描画面１５ａに液状層５８、支持層６８を描画する方法は、例えばディスペンサ法などであってもよい。こうした構成であっても、上記（１）〜（５）と同様の効果が得られる。

・上記実施形態では、光硬化性を有する液状体５０によって液状層５８が形成される。これを変更して、例えば熱硬化性を有する液状体によって液状層５８が形成される構成であってもよい。こうした構成であれば、上記（１）〜（４）と同様の効果が得られるとともに、硬化工程（ステップＳ１３）において液状体５０の硬化に加え、液状体６０の乾燥を促進させることもできる。

・上記実施形態では、液状体６０として、水溶性樹脂を水に溶解させた水溶液、または水溶性樹脂を水に溶解させた水溶液に非水溶性粉末樹脂を分散させた液状体を用いて支持層６８を描画した。これに限らず、支持層６８は、転写工程（ステップＳ１４）において層状構造体１２０と共に転写用基板８５側に転写され、且つ、のちに除去可能なものであれば他の液状体を用いて構成してもよい。

・上記実施形態の描画面１５ａには、液状層５８が描画されない領域の全域にわたって支持層６８を描画した。これを変更して、例えば以下のような構成であってもよい。図１８は、この変形例における支持層の形成態様の一例を示す図である。

図１８に示されるように、連結部材７ｃを構成する層状構造体１２０のみが支持層６８によって支持されるように支持層６８を形成してもよい。こうした構成であっても、積層過程において連結部材７ｃに曲りや破損が生じ難くなることから、立体７の構成部材である空中部材７ｂの位置ずれや欠落といった不具合を生じ難くすることができる。それゆえに、層状構造体１２０のみを積層して立体７を形成した場合によりも、立体７の形状の精度を高めることができる。

・上記実施形態の造形方法において、支持層６８を構成する液状体６０を固化させる固化工程をさらに設けてもよい。固化工程は、例えば、搬送テーブル１４に描画用基板１５を加熱する加熱手段を設けるとともに、液状層５８への紫外光７１の照射と並行して、描画用基板１５に描画された支持層６８を加熱手段を用いて加熱することによって実現され
る。

・上記実施形態の描画面１５ａには、液状体５０，６０に対して撥液性を示す材料がコーティングされた撥液領域が形成されている。この撥液領域内に、該撥液領域よりも液状体５０，６０に対して低い撥液性を示す親液領域を点在させてもよい。こうした構成によれば、描画面１５ａに描画された液状層５８及び支持層６８の一部を親液領域に保持させることができる。それゆえに、液状層５８及び支持層６８をより高精細に描画することができる。

・上記実施形態の造形装置５は、１つの液滴吐出ヘッド３０によって液状層５８及び支持層６８が描画されている。これを変更して、複数の液滴吐出ヘッド３０によって液状層５８及び支持層６８が描画されるという構成であってもよい。こうした構成であれば、描画工程（ステップＳ１２）における処理時間の短縮が見込まれる。また、液状層５８を描画するための液滴吐出ヘッド３０と、支持層６８を描画するための液滴吐出ヘッド３０とを別々に設けてもよい。

・また液状層５８と支持層６８とを異なるタイミングで描画してもよい。こうした構成であれば、例えば支持層６８を固化させてから液状層５８を描画することも可能である。
・上記実施形態の造形装置５では、圧電素子駆動方式の液滴吐出ヘッド３０によって液滴５５が吐出されている。これを変更して、液滴吐出ヘッドから液滴５５を吐出するという観点からすれば、抵抗加熱方式や静電駆動方式の液滴吐出ヘッドによって液滴５５が吐出されるという構成であってもよい。

１…造形システム、３…コンピューター、５…造形装置、７…立体、７ａ…屈曲部材、７ｂ…空中部材、７ｃ…連結部材、９…浸水装置、１０…基板搬送部、１２…基台、１２ａ…上面、１２ｂ…凹部、１３ａ，１３ｂ…ガイドレール、１４…搬送テーブル、１４ａ…上面、１５…描画用基板、１５ａ…描画面、１６…基板搬送モーター、２０…キャリッジ搬送部、２１ａ，２１ｂ…支柱、２２…ガイド部材、２３…ガイドレール、２４…キャリッジ、２５…ヘッドプレート、２７…キャリッジモーター、３０…液滴吐出ヘッド、３１…ヘッド本体、３２…ノズルプレート、３２ａ…ノズル形成面、３３…ノズル、３４ａ，３４ｂ…ノズル列、３５Ｃ，３５Ｋ，３５Ｍ，３５Ｔ，３５Ｗ，３５Ｙ…ノズル群、４１…キャビティプレート、４２…振動板、４３…圧電素子、４５…キャビティ、５０…液状体、５５…液滴、５８…液状層、６０…液状体、６５…液滴、６８…支持層、６９…断面層、７０…露光部、７１…紫外光、７３…光源、７５…蓋板、８０…転写部、８１ａ，８１ｂ…支柱、８２…架設部材、８３…支持部材、８５…転写用基板、８５ａ…造形面、８６…昇降モーター、１０１…制御部、１０２…ＣＰＵ、１０３…駆動制御部、１０４…記憶部、１０５…制御プログラム、１０６…展開データ、１１１…バス、１１３…インターフェース、１２０…層状構造体、１３１…モーター制御部、１３３…位置検出制御部、１３５…吐出制御部、１３７…露光制御部、１４１…テーブル位置検出装置、１４３…キャリッジ位置検出装置、１４５…転写用基板位置検出装置、１５０…積層体。

Claims (7)

1. 硬化性を有した液状層を描画用基板の描画面に描画する描画工程と、
   前記液状層に転写用基板を被せた状態で該液状層を硬化させる硬化工程と、
   前記描画用基板と前記転写用基板との間隔を広げることによって前記液状層の硬化物である層状構造体を前記転写用基板に転写する転写工程とを含み、
   前記描画工程、前記硬化工程、前記転写工程を繰り返すことによって、前記層状構造体が積層されたかたちの立体を前記転写用基板に造形する造形方法であって、
   前記描画工程では、
   前記描画面の描画領域において、前記液状層の描画領域とは異なる領域に前記層状構造体を支持するための支持層を描画し、
   前記転写工程では、
   前記支持層共々、前記層状構造体を前記転写用基板に転写する
   ことを特徴とする造形方法。
2. 前記支持層は、前記液状層の描画領域を囲うように描画される
   ことを特徴とする請求項１に記載の造形方法。
3. 前記支持層は、前記液状層に接触するように描画される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の造形方法。
4. 前記支持層は、前記描画面の描画領域において、前記液状層の描画領域とは異なる領域の全域にわたって描画される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の造形方法。
5. 前記支持層は、水溶性樹脂を水に溶解させた水溶液、または前記水溶液に非水溶性粉末樹脂を分散させた液状体で構成される
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の造形方法。
6. 前記液状層は、光硬化性を有している
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の造形方法。
7. 前記液状層及び前記支持層は、液状体を液滴にして吐出する液滴吐出法によって描画される
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の造形方法。

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