JP5464050B2 - 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

しかしながら、上述した造形方法では、描画用基板の描画面に撥液性が付与されているため、また液状層と同系統の材料で構成された層状構造体と液状層との親和性が一般には高いため、以下のような問題が生じる。図１７は、層状構造体と描画用基板とによって液状層が挟持された状態を示す図である。図１７に示されるように、描画用基板２０１の描画面と転写用基板２０２に形成された層状構造体２０３とによって液状層２０４が挟持されると、層状構造体２０３と液状層２０４との高い親和性によって、液状層２０４の一部が層状構造体２０３に引き寄せられる。そして液状層２０４の一部が層状構造体２０３へ流動する結果、層状構造体２０３及び液状層２０４がその形状を維持し難くなる。つまり液状層２０４が流動する分、該液状層２０４が硬化してなる層状構造体や液状層の流動先である層状構造体２０３、ひいてはこれら層状構造体が積層されてなる立体の形状が設計上の形状とは異なるものとなってしまう。

本発明は、上記実情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。

本発明者らは、鋭意研究した結果、硬化性を有した液状体からなる液状層を第１基板の描画領域に描画する描画工程と、前記液状層に第２基板を接触させた状態で該液状層を硬化させる硬化工程と、前記第１基板と前記第２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第２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第２基板に造形する造形方法にあって、前記描画領域に対する前記液
状体の接触角θａ、及び前記層状構造体の厚さ方向に沿う側面に対する前記液状体の接触角θｂが、下記式（１）〜式（３）を満たすことによって、前記立体の形状の精度が高められることを見出した。

６０．０°≦θａ≦９０．０° …式（１）
５０．２°≦θｂ≦８０．０° …式（２）
０°≦（θａ―θｂ）≦３１．０° …式（３）
そして本発明の造形方法は、前記造形方法であって、前記描画領域に対する前記液状体の接触角θａと、前記層状構造体の厚さ方向に沿う側面に対する前記液状体の接触角θｂとが、上記式（１）〜式（３）を満たす液状体を用いることを要旨とする。

本発明の造形方法によれば、硬化性を有した液状体からなる液状層が硬化済み層状構造体よりも幅広な形状である場合であっても、硬化済みの層状構造体の側面に前記液状層が濡れ広がることを抑制することができるようになる。それゆえに、前記液状層を硬化した層状構造体の形状の精度を高めることができるようになる。特に、層状構造体の側面に濡れ広がってしまった前記液状体に起因する前記第１基板と平行な方向における層状構造体の寸法の変化を抑えることができるようにもなる。また、前記第１基板の描画領域に対する前記液状体の接触角が６０°以上となるため、前記層状構造体を容易に前記第１基板から剥離させることができるようにもなる。

この造形方法において、前記硬化性を有した液状体として、前記描画領域に対する前記液状体の接触角θａ、前記層状構造体の厚さ方向に沿う側面に対する前記液状体の接触角θｂとが、下記式（４）、式（５）を満たす液状体を用いることを要旨とする。

６４．９°≦θｂ≦８０．０° …式（４）
０°≦（θａ―θｂ）≦１１．３° …式（５）
この造形方法のように、さらに上記各接触角の関係及び角度範囲を限定することにより前記硬化済みの層状構造体の側面に前記液状層が濡れ広がることをさらに抑制することができるようになる。それゆえに、前記液状層を硬化した層状構造体の形状の精度をさらに高めることができるようになる。

この造形方法において、前記硬化工程では、前記液状層を硬化させる際に前記描画領域と前記第２基板との間隔を前記液状層の厚さとすることを要旨とする。
この造形方法によれば、前記硬化工程において前記硬化性を有した液状体からなる液状層の厚みを変動させることなく、かつ該液状層の表面と第２基板上の層状構造体の表面とを密着させつつ第２基板を前記液状層に被せることができるようになる。これにより、前記描画工程、前記硬化工程、前記転写工程を繰り返した場合であっても、各硬化工程にて硬化された層状構造体の厚みの精度を高めることができるため、前記液状層を硬化した各層状構造体の形状の精度をさらに高めることができるようにもなる。

この造形方法において、前記硬化性を有した液状体は、光硬化性を有していることを要旨とする。
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。また、光硬化性の液状体は、照射される光の強度や照射時間に応じて硬化度合いを変化させることができるため、照射する光の強度や照射時間を調整することにより、前記液状層を硬化した層状構造体の形状の精度をさらに高めることができるようにもなる。

この造形方法において、前記描画工程では、前記硬化性を有した液状体を液滴にして吐出する液滴吐出法を用いて、前記描画領域に前記液状層を描画することを要旨とする。
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描画領域に液
状層を描画することで描画領域に高精細な液状層を形成することができるようになる。

本発明を具体化した一実施形態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。 描画用基板と転写用基板とによって第ｋ層目の液状層が挟持された状態の一例を模式的に示す図。 層状構造体１２０及び描画面１５ａに対する液状体５０の接触角を模式的に示す図。 描画用基板と転写用基板とによって第１層目の層状構造体１２０を介して第２層目の液状層５８を挟持する状態における試験の実施態様を模式的に示す図。 第１層目の層状構造体１２０の側面における第２層目の液状層５８の濡れ広がりの抑制が理想的に成されていると評価する場合を模式的に示す図。 第１層目の層状構造体１２０の側面における第２層目の液状層５８の濡れ広がりの抑制が十分に成されていると評価する場合を模式的に示す図。 第１層目の層状構造体１２０の側面における第２層目の液状層５８の濡れ広がりの抑制が成されていないと評価する場合を模式的に示す図。 従来例において、描画用基板と転写用基板とに挟まれた液状層の状態を模式的に示す図。

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１２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層形状データを生成する。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から出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を形成するとともに、層状構造体を順次積層することによって立体７を造形する。

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、図示しない基板搬送モーター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、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、図示しない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。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。

図３に示されるように、液滴吐出ヘッド３０は、ガイドレール２３に配設されたキャリッジ２４が搭載するヘッドプレート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のノズル形成面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。液滴吐出ヘッド３０が移動する方向から見て、ノズル列３４ａ，３４ｂを構成する複数のノズル３３は、描画用基板１５が移動する方向に沿って互いにピッチ寸法Ｐ／２で配置されている。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、３５Ｍ、３５Ｙ、３５Ｗ、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、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。そして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によって液状層５８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を描画する構成であれば、いわゆる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を描画することが可能である。

次に、ノズル３３から液滴５５として吐出される液状体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。

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種類の液状体と、光透過性を有する樹脂材料で構成された液状体とが用いられている。そしてノズル群３５Ｋ，３５Ｃ，３５Ｍ，３５Ｙ，３５Ｗ，３５Ｔの各々には、それに対応する液状体が供給される。

ちなみに液滴５５が着弾する描画用基板１５の描画面１５ａの描画領域には、液状体５０に対して撥液性を示す材料がコーティングされていることによって、撥液領域が形成されている。このように描画面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、フッ素コート材（ＥＧＣ−１７２０、住友スリーエム株式会社製）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６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に描画された液状層５８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。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ＲＯＭ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を記憶するための領域を有する。

制御部１０１は、インターフェース１１３（以下、Ｉ／Ｆ１１３）を介して上記コンピューター３と接続している。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。また、コンピューター３は、紫外光７１の照射時間を規定した照射時間データを生成して制御部１０１に出力する。ちなみに照射時間データとは、光源７３を用いて液状体５０を完全に硬化させるための照射時間に関わる情報である。

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、データ展開部１０６に格納された液滴５５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。

また、制御部１０１には、バス１１１を介してタイマー部１５０が接続されている。制御部１０１は、タイマー部１５０は、ＣＰＵ１０２からの指令に基づいて、紫外光７１の照射時間を計測する。

次に、上述した構成の造形システムを用いて立体を造形する造形方法について図９〜図１０を参照して説明する。図９は、立体の積層構造の一例を示す図である。図１０は、造形装置５によって立体７を造形する手順を示すフローチャートである。

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。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。

図１０に示されるように、本実施形態の造形方法では、まずコンピューター３によって層形状データが生成される層形状データ生成工程（ステップＳ１０）が行われる。次いで、第１層目の層形状データに基づく液状層５８が描画用基板１５に描画される描画工程（ステップＳ２０）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
層目の液状層５８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Ｓ３０）と、転写用基板８５側に層状構造体１２０を転写する転写工程（ステップＳ４０）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Ｓ５０）。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、すなわちステップＳ５０にて「ＮＯ」の場合には、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の描画工程（ステップＳ２０）、硬化工程（ステップＳ３０）、転写工程（ステップＳ４０）が繰り返される。

これら各ステップにおける工程の内容を、以下で詳述する。
描画工程（ステップＳ２０）では、描画面１５ａに膜厚ｔの液状層５８が描画される。この液状層５８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の直径、数量、位置を決定する。制御部１０１は、該液滴の直径、数量、位置を示す液状層描画データを生成した後、該液状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。そして制御部１０１は、基板搬送モーター１６を駆動させて搬送テーブル１４を移動させることにより、待機エリアから描画エリアへ描画用基板１５を搬送する。その後、制御部１０１は、液状層描画データに基づき、キャリッジモーター２７を駆動させてキャリッジ２４を移動させることにより液滴吐出ヘッド３０と描画用基板１５とを相対的に移動させながら、膜厚ｔからなる液状層５８を描画面１５ａに描画する。

硬化工程（ステップＳ３０）では、液状層５８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該液状層５８を完全に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、記憶部１０４に記憶された制御プログラムに従って基板搬送モーター１６を再度駆動させて搬送テーブル１４を移動させることにより、描画エリアに位置している描画用基板１５を転写エリアまで搬送する。次に制御部１０１は、記憶部１０４に記憶された制御プログラムに従って昇降モーター８６を駆動させて、描画用基板１５と転写用基板８５との間隔が液状層５８の厚さになるように、転写用基板８５を降下させる。これにより、描画用基板１５と転写用基板８５とによって液状層５８を挟持させる。次いで制御部１０１は、光源７３を駆動、すなわち光源７３への電力供給を開始して液状層５８に紫外光７１を照射するとともに、タイマー部１５０を用いて紫外光７１の照射時間を計測する。そして、制御部１０１は、紫外光７１の照射時間が上記照射時間を超えると、光源７３への電力供給を遮断する。

転写工程（ステップＳ４０）では、硬化工程（ステップＳ３０）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を転写させる転写処理は、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、昇降モーター８６を再度駆動させて転写用基板８５を上昇させる。この際、描画用基板１５に対する層状構造体１２０の接着力よりも転写用基板８５に対する層状構造体１２０の接着力の方が大きいため、層状構造体１２０は、転写用基板８５に接着した状態で描画用基板１５から剥離する。

こうして層状構造体１２０が転写用基板８５側に積層されていくこととなる。
次に、層状構造体１２０に対する液状体５０の接触角と、描画面１５ａ（撥液領域）に対する同液状体５０の接触角との関係、並びにこれらの値について図１１〜図１２を参照して説明する。

図１１は、層状構造体１２０及び描画面１５ａに対する液状体５０の接触角を模式的に示す図である。図１２は、本実施形態における描画用基板と転写用基板とによって第ｋ層目の液状層５８が挟持された状態の一例を模式的に示す図である。なお、硬化済みの層状構造体１２０に対する液状体５０の接触角と、描画面１５ａ（撥液領域）に対する同液状体５０の接触角との関係との関係等は、後述する実験にて見出されたものである。

図１１に示されるように、接触角θとは、一般的に固体表面と液体表面とが成す角度のうち液体内で規定された角度のことをいう。そして本実施形態における接触角θａとは、固体表面である描画面１５ａ（撥液領域）と液状体５０とが成す角度のうち該液状体５０内で規定された角度のことをいう。さらに本実施形態における接触角θｂとは、固体表面である層状構造体１２０と液状体５０とが成す角度のうち該液状体５０内で規定された角度のことをいう。

上述した造形方法においては、第ｋ層目の層状構造体１２０が第（ｋ−１）層目の層状構造体１２０に積層される。第ｋ層目の液状層５８の中には、第（ｋ−１）層目の層状構造体１２０よりも幅広である形状、すなわちオーバーハング形状を呈した膜厚ｔの液状層５８が含まれる。ここで、図１２に示されるように、第ｋ層目の層状構造体１２０に関わる硬化工程（ステップＳ３０）を行うべく、制御部１０１は、転写用基板８５が有する層状構造体１２０と描画用基板１５との距離が液状層５８の厚さｔとなるように転写用基板８５を降下させる。これにより第ｋ層目の液状層５８は、転写用基板８５に積層された第１層目から第（ｋ−１）層目までの層状構造体１２０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こととなる。この際、第ｋ層目の液状層５８が層状構造体よりも幅広である場合、第（ｋ−１）層目の層状構造体１２０の側面にも液状体５０が濡れ広がろうとする。その結果、第ｋ層目の層状構造体１２０に形状の変化が生じやすくなってしまう。

そこで、本実施形態においては後述する実験結果に基づき、描画面１５ａに対する液状体５０の接触角（以下、接触角θａ）と、層状構造体１２０の厚さ方向に沿う側面に対する液状体５０の接触角（以下、接触角θｂ）とが、下記式（１）〜式（３）の関係を成すようにした。

６０．０°≦θａ≦９０．０° …式（１）
５０．２°≦θｂ≦８０．０° …式（２）
０°＜（θａ−θｂ）≦３１．０° …式（３）
すなわち、接触角θａが接触角θｂよりも大きく、かつ接触角θａと接触角θｂとの角度差が３１°以下となるようにするとともに、接触角θｂを５０．２°以上８０°以下の角度を成すようにした。加えて、転写工程（ステップＳ４０）における転写性を確保すべく、すなわち層状構造体１２０を転写用基板８５に接着した状態で描画用基板１５から剥離させるべく、接触角θａが６０°以上９０°以下の角度を成すようにした。

なお、第（ｋ−１）層目の層状構造体１２０の側面に液状体５０が濡れ広がろうとすることをさらに抑制するためには、下記式（４）、式（５）の関係を満たす構成が好ましい。すなわち、接触角θａと接触角θｂとの角度差を１１．３°以下となるようにし、かつ接触角θｂを６４．９°以上の角度を成すようにすることが望ましい。

６４．９°≦θｂ≦８０．０° …式（４）
０°＜（θａ−θｂ）≦１１．３° …式（５）
（実施例）
以下に、実施例を挙げて本発明の効果を具体的に説明するが、本発明はこの実施例及び
試験例に何ら制限されるものではない。ちなみに本試験は、第ｋ層目の層状構造体１２０の側面に対して第ｋ＋１層目の液状層５８の濡れ広がりを抑制することができる条件、すなわち第ｋ＋１層目の液状層５８を高精細に形成するための接触角θａ及び接触角θｂの条件を求めるための試験であって、ｋ＝１の場合を例示する。

まず、本試験に使用する転写用基板８５上の造形された層状構造体１２０と、描画用基板１５の描画面１５ａ上に描画された液状層５８の寸法について図１３を参照して説明する。なお、液状層５８を形成するに先立って、描画面１５ａにフッ素コート材（ＥＧＣ−１７２０、住友スリーエム株式会社製）をコーティングし、液状層５８を形成するための撥液領域を描画面１５ａ上に形成した。図１３は、第１層目の層状構造体１２０を介して、描画用基板１５と転写用基板８５とによって第２層目の液状層５８を挟持させた本試験の前提となる構成を模式的に示す図である。

図１３に示されるように、第１層目の層状構造体１２０の層厚ｔ１と第２層目の液状層５８の層厚ｔ２とは共に１００μｍである。ちなみに本試験に用いる液状体５０は、後述するようにいずれも紫外線硬化型樹脂インクであって、該インクは溶剤を含有しないインク、すなわち固形分離度１００％のインクであるため、前記挟持の前後で第２層目の液状層５８の層厚は変動しない。また、前記第１層目の層状構造体１２０の平面形状は縦横各々の幅が１ｃｍの正方形であり、前記第２層目の液状層５８の平面形状は縦横各々の幅が１．４ｃｍの正方形である。すなわち第２層目の液状層５８の平面形状は、第１層目の層状構造体１２０の平面形状に対していわゆるオーバーハング形状である。

次に、表１に示される３種類の組成（重量％）からなる紫外線硬化性樹脂インクを用いて、実施例１〜３の層状構造体１２０及び液状層５８を得た。なお、表１に示されるモノマーとして、ジプロピレングリコールジアクリレート（略称：ＤＰＧＤＡ、ダイセル・サイテック株式会社販売）を使用した。また、光開始材として、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オン（商品名：ＤＡＲＯＣＵＲ １１７３、チバスペシャルティーケミカルズ（株）販売）を使用した。そして、第１のフッ素系（Ｆ系）界面活性剤（商品名：メガファック Ｆ−４８３、ＤＩＣ株式会社製）、及び第２のフッ素系（Ｆ系）界面活性剤（メガファック Ｆ−４７７、ＤＩＣ株式会社製）を使用した。加えて、第３のフッ素系（Ｆ系）界面活性剤（メガファック Ｆ−４８３、ＤＩＣ株式会社製）を使用した。一方、これら紫外線硬化型樹脂インクを光硬化させる際の紫外線照射条件は、水銀紫外線ランプが発する紫外線波長を３６５ｎｍ、１平方ｃｍあたりの紫外線強度を６ｍＷ、照射時間を１８０秒とした。そして、実施例１〜３の層状構造体１２０及び液状層５８について、層状構造体１２０の側面における液状層５８の濡れ広がりの程度、接触角θａ、接触角θｂ、及び液状層５８の転写時における剥離性を評価した。これら実施例１〜３における上記濡れ広がりの程度、接触角θａ、接触角θｂ、及び転写時剥離性、それらの評価結果を表３に示す。

また、表２に示される３種類の組成比からなる紫外線硬化性樹脂インクを用いて、比較例１〜３の層状構造体１２０及び液状層５８を得た。なお、表２に示されるモノマー、光開始材、フッ素系（Ｆ系）界面活性剤は、いずれも上記実施例１〜３と同じである。また、これら紫外線硬化型樹脂インクを光硬化させる際の紫外線照射条件も、上記実施例１〜３と同じである。そして、比較例１〜３の層状構造体１２０及び液状層５８について、層状構造体１２０の側面における液状層５８の濡れ広がりの程度、接触角θａ、接触角θｂ、及び液状層５８の転写時における剥離性を評価した。これら比較例１〜３における上記濡れ広がりの程度、接触角θａ、接触角θｂ、及び転写時剥離性、それらの評価結果を表３に示す。

なお、第１層目の層状構造体１２０の側面における第２層目の液状層５８の濡れ広がりの程度は、層状構造体１２０における形状精度の観点から、図１４〜図１６に例示される３種類に分類されている。図１４は、第１層目の層状構造体１２０の側面における第２層目の液状層５８の濡れ広がりの抑制が理想的に成されている場合を模式的に示す図である。図１５は、第１層目の層状構造体１２０の側面における第２層目の液状層５８の濡れ広がりの抑制が理想的ではないものの、十分に成されている場合を模式的に示す図である。図１６は、第１層目の層状構造体１２０の側面における第２層目の液状層５８の濡れ広がりの抑制が成されていない場合を模式的に示す図である。

図１４に示されるように、第１層目の層状構造体１２０の側面全体が第２層目の液状層５８によって覆われておらず、かつ第２層目の液状層５８の側面が一定の傾斜度を保っている場合を理想的な状態とし、これを「評価◎」とした。また、図１５に示されるように、第２層目の液状層５８の側面が一定の傾斜度を保っていないものの、第１層目の層状構造体１２０の側面全体が第２層目の液状層５８によって覆われていない場合を濡れ広がりの抑制が十分な状態とし、これを「評価○」とした。そして、図１６に示されるように、第２層目の液状層５８の側面状態に関わらず、第１層目の層状構造体１２０の側面全体が第２層目の液状層５８によって覆われている場合を濡れ広がりの抑制が不十分な状態とし、これを「評価×」とした。

表３に示されるように、実施例１〜３の各水準では、層状構造体１２０の側面に対する液状層５８の濡れ広がりの程度が「評価◎」あるいは「評価○」であることが認められた。特に実施例１及び実施例２の各水準では、層状構造体１２０の側面に対する液状層５８の濡れ広がりが十分に抑えられていることが認められた。これに対して、比較例１〜３の各水準では、いずれも層状構造体１２０の側面全体が液状層５８によって覆われてしまうことが分かった。なお、実施例１〜３及び比較例１〜３のいずれにおいても、転写時剥離性は良好であった。

上述した接触角とは、静止液体の自由表面が固体表面に接する場所において、該静止液体の自由表面と該固体表面とのなす角度を示すものであって、固体表面に対する液体の付着力と液体分子間の凝集力との大小関係によって定められるものである。それゆえに、構造体が有する固液界面において上記実施例１〜３と同程度の接触角が得られる構成であれば、こうした固液界面において上記実施例１〜３と同様な評価結果が得られるものと言える。すなわち上記実施例１〜３が示す接触角θａ，θｂと同程度の接触角が得られる構成であれば、上記実施例１〜３と同じく、層状構造体１２０の側面に対して液状層５８の濡
れ広がりを抑えることが可能である。

したがって、上記実施例１〜３が示す接触角θａ，θｂと同程度の接触角が得られる液状体、つまり上記式（１）〜（３）が満たされる液状体を用いる造形方法であれば、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であることが分かった。また上記式（４）、（５）が満たされる液状体を用いる造形方法であれば、該立体の形状の精度をさらに高めることが可能であることが分かった。

以上説明したように、本実施形態における造形方法によれば、以下のような優れた効果を得ることができる。
（１）第（ｋ−１）層目の層状構造体１２０よりも幅広な第ｋ層目の液状層５８は、第（ｋ−１）層目の層状構造体１２０の側面に濡れ広がりやすい。しかし、このように造形対象の層状構造体１２０がオーバーハング形状となる場合であっても、硬化済みの層状構造体１２０の側面に液状層５８が濡れ広がることを抑制することができるようになる。それゆえに、第ｋ層目の層状構造体１２０の形状の精度を高めることができるようになる。加えて、層状構造体１２０の側面に濡れ広がってしまった液状体５０に起因する層状構造体１２０の形状の変化、特に造形面８５ａと平行な方向における寸法の変化を抑えることができるようにもなる。また、接触角θａ及び接触角θｂの角度条件をさらに規制することにより、第ｋ層目の層状構造体１２０の形状の精度をさらに高めることができるようにもなる。

（２）描画面１５ａは、撥液領域を有している。こうした構成によれば、描画面１５ａにおいて硬化した液状層５８を該描画面１５ａから容易に剥離させることができるようになる。加えて、この撥液領域により接触角θａを大きくすることができるとともに、接触角θｂも大きくすることができるため、硬化済みの層状構造体１２０の側面に液状層５８が濡れ広がることを抑えることができるようにもなる。これにより、オーバーハング形状を造形する場合であっても、該造形の対象たる層状構造体１２０の形状の精度を高めることができるようになる。

（３）第ｋ層目の層状構造体１２０に関わる硬化工程を行うべく、制御部１０１は、描画用基板１５と転写用基板８５との距離が距離（ｋ×ｔ）と等しくなる位置まで転写用基板８５を降下させる。これにより第ｋ層目の液状層５８の厚みを変動させることなく、転写用基板８５に積層された第１層目から第（ｋ−１）層目までの層状構造体１２０を介して、描画用基板１５と転写用基板８５とによって第ｋ層目の液状層５８を挟持することができるようになる。このため、描画工程、硬化工程、転写工程を繰り返した場合であっても、各硬化工程にて硬化された層状構造体の厚みの精度を高めることができるため、前記液状層を硬化した各層状構造体の形状の精度をさらに高めることができるようにもなる。

（４）上記実施形態では、光硬化性を有する前記液状体５０を用いる。これにより、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。加えて、光硬化性の液状体は、照射される光の強度や照射時間に応じて硬化度合いを変化させることができるため、照射する光の強度や照射時間を調整することにより、前記液状層を硬化した層状構造体の形状の精度をさらに高めることができるようにもなる。

（５）上記実施形態では、液滴吐出ヘッド３０から液状体５０の液滴５５が吐出される液滴吐出法を用いて、描画面１５ａに液状層５８を描画した。こうした構成によれば、描画面１５ａ上に液状層５８を高精細に形成することができるようになる。

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を液滴５５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を描画した。これに限らず、描画面１５ａに液状層５８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。

・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。また例えば、光硬化性を有する液状体と熱硬化性を有する液状体とが混合されてな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。この構成によれば、光硬化性に基づく硬化と熱硬化性に基づく硬化とを互いに異なるタイミングで進行させることが可能であるため、液状層５８の硬化度合いを調整することにより、前記液状層を硬化した層状構造体の形状の精度をさらに高めることが可能にもなる。

・上記実施形態では、光源７３への電力の供給及び遮断によって紫外光７１の照射の態様を制御している。これを変更して、光源７３に電力を供給し続けるとともに、凹部１２ｂの開口部を開閉するシャッターの開閉によって紫外光７１の照射の態様を制御するようにしてもよい。こうした構成によれば、光源７３から出射される光量の安定化を図ることが可能となるため、紫外光７１の照射量の安定化、液状層５８における硬化の度合いの安定化を図ることが可能となる。ひいては、立体７の形状の精度を、より高めることが可能となる。

・上記実施形態では、描画面１５ａには、撥液領域のみが形成されている。これを変更して、親液領域とともに撥液領域を形成してもよい。こうした構成であれば、描画面１５ａに描画された液状層５８を構成する液状体５０の一部が親液領域に保持されることになる。これにより、硬化工程（ステップＳ３０）において、液状層５８の位置ずれや形状の変化、層状構造体１２０の位置ずれや形状の変化を抑えることが可能となる。ひいては層状構造体１２０の積層体である立体７の形状の精度を、より高めることが可能となる。

・また、転写工程（ステップＳ４０）において、描画用基板１５と転写用基板８５とで挟持された層状構造体１２０が転写用基板８５の上昇によって転写用基板８５側に転写されるのであれば、撥液領域６０を割愛してもよい。

・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Ｓ２０）における処理時間の短縮が見込まれる。

・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。

ｆｘ，ｆｙ…離間距離、Ｐ…ピッチ寸法、ｔ…膜厚、ｔｎ…厚さ、ｔ１…第１層目の層状構造体１２０の層厚、ｔ２…第２層目の液状層５８の層厚、Ｔ…照射時間、Ｘ…搬送方向、Ｙ…ヘッド移動方向、Ｚ…鉛直方向、１…造形システム、３…コンピューター、５…造形装置、７…立体、１０…基板搬送部、１２…基台、１２ａ…基台の上面、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、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…データ展開部、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…タイマー部、２０１…描画用基板、２０２…転写用基板、２０３…層状構造、２０４…液状層。

Claims (5)

1. 硬化性を有した液状体からなる液状層を第１基板の描画領域に描画する描画工程と、
   前記液状層に第２基板を接触させた状態で該液状層を硬化させる硬化工程と、
   前記第１基板と前記第２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第２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第２基板に造形する造形方法であって、
   前記描画領域に対する前記液状体の接触角をθａとし、
   前記層状構造体の厚さ方向に沿う側面に対する前記液状体の接触角をθｂとすると、
   下記式（１）〜（３）を満たす液状体を用いる
   ６０．０°≦θａ≦９０．０° …式（１）、
   ５０．２°≦θｂ≦８０．０° …式（２）、
   ０°≦（θａ―θｂ）≦３１．０° …式（３）、
   ことを特徴とする造形方法。
2. 前記描画領域に対する前記液状体の接触角をθａとし、
   前記層状構造体の厚さ方向に沿う側面に対する前記液状体の接触角をθｂとすると、
   下記式（４）、式（５）を満たす液状体を用いる
   ６４．９°≦θｂ≦８０．０° …式（４）、
   ０°≦（θａ―θｂ）≦１１．３° …式（５）、
   ことを特徴とする請求項１に記載の造形方法。
3. 前記硬化工程では、前記液状層を硬化させる際に前記描画領域と前記第２基板との間隔を、前記液状層の厚さにする
   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. 前記液状体は、光硬化性を有している
   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. 前記描画工程では、前記硬化性を有した液状体を液滴にして吐出する液滴吐出法を用いて前記描画領域に前記液状層を描画する
   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。

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