JP7033133B2 - 光学的立体造形装置用の容器 - Google Patents
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Description
本発明は、光学的立体造形装置に用いる、透明性、成形精度及び耐久性に優れる容器に関する。
液状の光硬化性樹脂に必要量の制御された光エネルギーを供給して薄層状に硬化させ、その上にさらに液状光硬化性樹脂を供給した後に制御下に光照射して薄層状に積層硬化させるという工程を繰り返すことによって立体造形物を製造する方法、いわゆる光学的立体造形法が特許文献１によって開示された。さらに、その基本的な実用方法が特許文献２によって提案されて以来、光学的立体造形技術に関する多数の提案がなされている。
立体造形物を光学的に製造する際の代表的な方法としては、容器に入れた液状の光硬化性組成物の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紫外線レーザーを選択的に照射して所定の厚さに硬化させ、次にその硬化層の上に１層分の光硬化性組成物を供給して同様に紫外線レーザーを照射して前記と同じように硬化させて連続した硬化層を形成させるという積層操作を繰り返して最終的な形状を有する立体造形物を製造する方法が一般に採用されている。この方法による場合は、造形物の形状がかなり複雑であっても、簡単に且つ比較的短時間で目的とする立体造形物を製造できるために近年大きな注目を集めている。そして、台座に造形物を吊り上げながら積層して立体造形物を製造する吊り上げ方式が、光硬化性組成物の必要量が少なくて済むことから、特に普及しつつある。
しかしながら、この吊り上げ方式では、台座に形成された造形物が光硬化性組成物を入れた容器の近傍に近づくため、造形物の変形、容器の破損などの可能性があった。また、種々の光硬化性組成物の中には、容器への浸透又は固着によって容器を傷め劣化させるものがあることが問題であった。
このような背景の中、容器の破損及び劣化を抑制する技術として、例えば、特許文献３には、容器近傍で台座が段階的に近づく方法により急な接触を避ける方法が提案されている。また、特許文献４には容器の表面にシリコーン層を設けることによって樹脂の固着を抑制する方法が記載されている。また、特許文献５にはＰＥＴフィルム表面にフルオロシリコン系離型剤を塗布し、離型性を付与した例が記載されている。さらに、特許文献６には透明弾性層、透明フィルム及び透明低表面エネルギー保護フィルムなどを備える特定のタンクを有するステレオリソグラフィ装置が記載されている。
特許文献３に記載の方法は、光硬化性組成物の容器への浸透又は固着を抑制できるものではない。また、特許文献４のシリコーン層は、特に極性の低い光硬化性組成物、比較的低分子量の重合性単量体を含有する光硬化性組成物又はシリコーン系の光硬化性組成物に対しては、十分な効果が得られない。また、特許文献５に記載の方法は、光硬化性組成物に離型剤がコンタミする可能性があるといった問題がある。さらに特許文献６に記載のタンクは、成形精度及び耐久性の点でさらなる改良の余地がある。
そこで、本発明は、光学的立体造形装置に用いる、透明性、成形精度及び耐久性に優れる容器を提供することを目的とする。
本発明は、以下の発明に関する。
［１］容器（２）、活性エネルギー線照射装置（５）、及びアクチュエータ（８）を備える光学的立体造形装置に用いる、光硬化性組成物（３）を収容するための容器であって、
前記容器（２）は、底（２’）と壁とを有し、
前記底（２’）が、硬質樹脂からなる第一層（Ｘ）、軟質樹脂からなる第二層（Ｙ）、及びフッ素樹脂からなる第三層（Ｚ）を備え、
前記第一層（Ｘ）の上に第二層（Ｙ）が積層され、前記第二層（Ｙ）の上に第三層（Ｚ）が積層され、
前記第一層（Ｘ）のＪＩＳ Ｋ ５６００－５－４：１９９９によって測定した鉛筆硬度が３Ｂ以上であり、
前記第二層（Ｙ）のＪＩＳ Ｋ ６２５３－３：２０１２ タイプＡデュロメータによって測定した硬さが１０～９０であり、
前記第三層（Ｚ）の厚さが０．１～５．０ｍｍである、容器；
［２］前記硬質樹脂が、アクリル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、及びポリシクロオレフィンからなる群から選ばれる少なくとも１種である、前記［１］の容器；
［３］前記軟質樹脂が、シリコーン、アクリル系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、及びスチレン系エラストマーからなる群から選ばれる少なくとも１種である、前記［１］又は［２］の容器；
［４］前記第一層（Ｘ）の厚さが０．５～２５ｍｍであり、前記第二層（Ｙ）の厚さが０．０１～２５ｍｍである、前記［１］～［３］のいずれかの容器；
［５］前記第二層（Ｙ）の厚さが前記第一層（Ｘ）の厚さの０．１～５倍の範囲であり、かつ前記第三層（Ｚ）の厚さが前記第二層（Ｙ）の厚さの０．０１～５倍の範囲である、前記［１］～［４］のいずれかの容器；
［６］前記容器（２）の内面側の底面（２’ａ）の面積（ｃｍ２）／底（２’）の厚さ（ｃｍ）が１００～１００００ｃｍの範囲である、前記［１］～［５］のいずれかの容器。
［１］容器（２）、活性エネルギー線照射装置（５）、及びアクチュエータ（８）を備える光学的立体造形装置に用いる、光硬化性組成物（３）を収容するための容器であって、
前記容器（２）は、底（２’）と壁とを有し、
前記底（２’）が、硬質樹脂からなる第一層（Ｘ）、軟質樹脂からなる第二層（Ｙ）、及びフッ素樹脂からなる第三層（Ｚ）を備え、
前記第一層（Ｘ）の上に第二層（Ｙ）が積層され、前記第二層（Ｙ）の上に第三層（Ｚ）が積層され、
前記第一層（Ｘ）のＪＩＳ Ｋ ５６００－５－４：１９９９によって測定した鉛筆硬度が３Ｂ以上であり、
前記第二層（Ｙ）のＪＩＳ Ｋ ６２５３－３：２０１２ タイプＡデュロメータによって測定した硬さが１０～９０であり、
前記第三層（Ｚ）の厚さが０．１～５．０ｍｍである、容器；
［２］前記硬質樹脂が、アクリル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、及びポリシクロオレフィンからなる群から選ばれる少なくとも１種である、前記［１］の容器；
［３］前記軟質樹脂が、シリコーン、アクリル系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、及びスチレン系エラストマーからなる群から選ばれる少なくとも１種である、前記［１］又は［２］の容器；
［４］前記第一層（Ｘ）の厚さが０．５～２５ｍｍであり、前記第二層（Ｙ）の厚さが０．０１～２５ｍｍである、前記［１］～［３］のいずれかの容器；
［５］前記第二層（Ｙ）の厚さが前記第一層（Ｘ）の厚さの０．１～５倍の範囲であり、かつ前記第三層（Ｚ）の厚さが前記第二層（Ｙ）の厚さの０．０１～５倍の範囲である、前記［１］～［４］のいずれかの容器；
［６］前記容器（２）の内面側の底面（２’ａ）の面積（ｃｍ２）／底（２’）の厚さ（ｃｍ）が１００～１００００ｃｍの範囲である、前記［１］～［５］のいずれかの容器。
本発明の容器は、透明性、成形精度及び耐久性に優れる。このため、光硬化性組成物の容器への浸透及び固着を抑制でき、繰り返し造形が可能である。また、本発明の容器によって、良好な成形精度の造形物を得ることができる。さらに、本発明の容器によれば、幅広い種類の光硬化性組成物を収容して光学的立体造形を行うことができる。
本発明の容器が使用される光学的立体造形装置を図１で表記した装置（１）を参照して説明する。
図１において、光学的立体造形装置（１）は、活性エネルギー線（４）を照射して硬化する光硬化性組成物（３）を収容するための容器（２）（本発明の容器）を備える。
本発明の容器が使用される光学的立体造形装置（１）は、活性エネルギー線（４）を発生する活性エネルギー線照射装置（５）を備える。活性エネルギー線照射装置（５）は、容器（２）に収容される光硬化性組成物（３）に対して、容器（２）の底面（２’ａ）の近傍において底（２’）側から選択的に活性エネルギー線（４）を照射できる。
底（２’）と造形物作製用プレート（７）の間に配置された、光硬化性組成物（３）の部分（６）に活性エネルギー線（４）を照射すると、図２に概略的として示したように、該当する照射部位（造形物作製用プレート（７）の下部）に凝固層（６’）が形成される。
光学的立体造形装置（１）は、底（２’）に対して垂直な方向Ｗに沿って、造形物作製用プレート（７）の下部に形成された前記凝固層（６’）を容器（２）の底（２’）に対して移動させるのに適したアクチュエータ（８）も備える。
造形物作製用プレート（７）は、容器（２）の底（２’）に対面する面（７ａ）を有する。造形物作製用プレート（７）は、面（７ａ）によって前記凝固層（６’）を支持する。
光学的立体造形装置（１）は、活性エネルギー線照射装置（５）及びアクチュエータ（８）に作動的に接続した論理回路制御部（９）も備える。論理回路制御部（９）を用いることによって、底（２’）側から、底（２’）と造形物作製用プレート（７）の間に配置された、光硬化性組成物（３）の部分（６）への活性エネルギー線の照射を制御する。
本発明の容器が使用される光学的立体造形装置（１）の動作方法の一例を以下に示す。まず、第一の位置決め動作として、アクチュエータ（８）によって造形物作製用プレート（７）の面（７ａ）が、容器（２）の底（２’）の近傍まで移動する。次に、容器（２）の内面側の底面（２’ａ）からの距離が所定の位置に面（７ａ）が達すると、活性エネルギー線照射装置（５）から活性エネルギー線（４）が光硬化性組成物（３）の部分（６）に照射されて、照射された部分に第一の凝固層（６’）が形成される。続いて、アクチュエータ（８）は、上昇動作によって第一の凝固層（６’）を容器（２）の底（２’）からより離れるように移動させる。得られる凝固層が連続層を形成するために、第一の凝固層（６’）は、第一の位置決め動作と同様な第二の位置決め動作によって容器（２）の底（２’）の近傍まで移動する。前記上昇動作と第二の位置決め動作によって、光硬化性組成物（３）が第一の凝固層（６’）と底（２’）の間に供給される。この第一の凝固層（６’）と底（２’）の間に配置された光硬化性組成物（３）の部分に対して、上記と同様にして活性エネルギー線（４）が照射されて、照射された部分に第二の凝固層が形成される。第二の凝固層は、底（２’）に対面してすでに凝固している第一の凝固層（６’）の面で支持される。さらに、第二の凝固層は、第一の凝固層（６’）と同様に、容器（２）の底（２’）からより離れるように移動させる。続いて、第二の凝固層は、第三の位置決め動作によって容器（２）の底（２’）の近傍まで移動する。上記した動作を同様に繰返す。このような吊り上げ方式によって、各凝固層が連続層を形成した立体造形物が得られる。本発明の他の実施形態としては、前記容器（２）を用いた立体造形物の製造方法が挙げられる。
本発明の容器（２）について、図３を参照して説明する。
光学的立体造形装置に用いられる本発明の容器（２）は、図３に示す一実施態様において、底（２’）が三層からなる平面状の積層構造を有する。底（２’）は活性エネルギー線の照射面側より、硬質樹脂からなる第一層（Ｘ）、当該第一層（Ｘ）の上に積層された軟質樹脂からなる第二層（Ｙ）、当該第二層（Ｙ）の上に積層されたフッ素樹脂からなる第三層（Ｚ）を備える。液状の光硬化性組成物（３）は、容器（２）に収容される。容器（２）の底（２’）に接合する壁部の材料は、特に限定されないが、製造が容易であることから、第一層（Ｘ）と同じ材料であることが好ましい。
硬質樹脂からなる第一層（Ｘ）
本発明の容器（２）の底（２’）の第一層（Ｘ）を構成する材料には、透明で可撓性を有していない硬質樹脂が好適に用いられる。第一層（Ｘ）に用いられる硬質樹脂の具体例としては、アクリル（ポリメチルメタクリレート等）、ポリカーボネート、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート等）、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリシクロオレフィンなどが挙げられる。これらの中でも、透明性と強度と耐久性の観点から、アクリル、ポリカーボネートが好ましい。なお、これらの硬質樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
本発明の容器（２）の底（２’）の第一層（Ｘ）を構成する材料には、透明で可撓性を有していない硬質樹脂が好適に用いられる。第一層（Ｘ）に用いられる硬質樹脂の具体例としては、アクリル（ポリメチルメタクリレート等）、ポリカーボネート、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート等）、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリシクロオレフィンなどが挙げられる。これらの中でも、透明性と強度と耐久性の観点から、アクリル、ポリカーボネートが好ましい。なお、これらの硬質樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
第一層（Ｘ）は、容器としての形状を維持するため、ＪＩＳ Ｋ ５６００－５－４：１９９９に準拠して測定した引っかき硬度（鉛筆法）（本明細書において、「鉛筆硬度」という。）が３Ｂ以上であることが必要であり、２Ｂ以上であることが好ましく、１Ｂ以上であることがより好ましく、Ｆ以上であることがさらに好ましい。
第一層（Ｘ）の厚さは、耐久性、強度及び透明性の観点から、０．５～２５ｍｍであることが好ましく、０．７５～１０ｍｍであることがより好ましく、０．７５～７．５ｍｍであることがさらに好ましく、１．０～５．０ｍｍであることが最も好ましい。
軟質樹脂からなる第二層（Ｙ）
本発明の容器（２）の底（２’）の第二層（Ｙ）を構成する材料には、透明な軟質樹脂が好適に用いられる。第二層（Ｙ）に用いられる軟質樹脂の具体例としては、シリコーン、アクリル系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマーなどが挙げられる。これらの中でも、透明性と柔軟性の観点から、シリコーンが好ましい。なお、これらの軟質樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
本発明の容器（２）の底（２’）の第二層（Ｙ）を構成する材料には、透明な軟質樹脂が好適に用いられる。第二層（Ｙ）に用いられる軟質樹脂の具体例としては、シリコーン、アクリル系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマーなどが挙げられる。これらの中でも、透明性と柔軟性の観点から、シリコーンが好ましい。なお、これらの軟質樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
第二層（Ｙ）のＪＩＳ Ｋ ６２５３－３：２０１２ タイプＡデュロメータによって測定した硬さは、１０～９０であることが必要であり、２０～８０であることが好ましく、３０～７０であることがより好ましい。
第二層（Ｙ）の厚さは、柔軟性及び透明性の観点から、０．０１～２５ｍｍであることが好ましく、０．１～１０ｍｍであることがより好ましく、０．２５～７．５ｍｍであることがさらに好ましく、０．５～５．０ｍｍであることが最も好ましい。
フッ素樹脂からなる第三層（Ｚ）
本発明の容器（２）の底（２’）の第三層（Ｚ）を構成する材料には、透明なフッ素樹脂が好適に用いられる。第三層（Ｚ）に用いられるフッ素樹脂の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、エチレン－クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）などが挙げられる。これらの中でも、透明性と剥離性の観点から、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）が好ましく、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）がより好ましい。なお、これらのフッ素樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
本発明の容器（２）の底（２’）の第三層（Ｚ）を構成する材料には、透明なフッ素樹脂が好適に用いられる。第三層（Ｚ）に用いられるフッ素樹脂の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、エチレン－クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）などが挙げられる。これらの中でも、透明性と剥離性の観点から、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）が好ましく、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）がより好ましい。なお、これらのフッ素樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
第三層（Ｚ）の厚さは、柔軟性及び透明性の観点のみならず、成形精度及び耐久性の観点から、０．１～５．０ｍｍであることが必要である。本発明の容器は第三層（Ｚ）の厚さが比較的厚いにもかかわらず成形精度に優れる。当該第三層（Ｚ）の厚さは、０．１５～２．５ｍｍであることが好ましく、０．２～１．５ｍｍであることがより好ましく、０．２５～１．０ｍｍであることがさらに好ましい。
本発明の容器（２）の底（２’）は、良好な成形精度の造形物が得られる観点から、第二層（Ｙ）の厚さが第一層（Ｘ）の厚さの０．１～５倍の範囲であり、かつ第三層（Ｚ）の厚さが第二層（Ｙ）の厚さの０．０１～５倍の範囲であることが好ましく、第二層（Ｙ）の厚さが第一層（Ｘ）の厚さの０．１～５倍の範囲であり、かつ第三層（Ｚ）の厚さが第二層（Ｙ）の厚さの０．０１～１倍の範囲であることがより好ましく、第二層（Ｙ）の厚さが第一層（Ｘ）の厚さの０．２～４倍の範囲であり、かつ第三層（Ｚ）の厚さが第二層（Ｙ）の厚さの０．０２～０．８倍の範囲であることがさらに好ましい。
本発明の容器（２）の内面側の底面（２’ａ）の面積（ｃｍ２）／底（２’）の厚さ（ｃｍ）は、１００～１００００ｃｍの範囲であることが好ましく、２００～８０００ｃｍの範囲であることがより好ましく、３００～６０００ｃｍの範囲であることがさらに好ましく、成形精度がより高く、耐久性がより高い点から、４００～３０００ｃｍの範囲であることが特に好ましい。
本発明の容器（２）の底（２’）は、本発明の趣旨を損なわない範囲で、前記第一層（Ｘ）、第二層（Ｙ）及び第三層（Ｚ）以外の他の層を含んでもよい。当該他の層の例としては、各層の接着性を付与するための接着剤層；第一層（Ｘ）の外面の傷付きを防止するためのコーティング層などが挙げられる。これらの他の層の厚さは、０．１ｍｍ以下であることが好ましく、０．０５ｍｍ以下であることがより好ましく、０．０１ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
本発明の容器（２）は、底（２’）が前記の三層構造を有しており、光硬化性組成物（３）を保持できる形状であれば、形状、サイズなどは特に制限されず、各々の用途に応じて決めることができる。
本発明の容器（２）の製造方法としては、特に限定されないが、一例として、以下のような方法が挙げられる。まずシート状に成形した硬質樹脂を所望の形状に切り、接着剤で貼り合わせて容器（２）の枠形状を作製する。又は、プレス成形によっても容器（２）の枠形状を作製できる。これによって、容器（２）の底（２’）を構成する、硬質樹脂からなる第一層（Ｘ）が得られる。続いて、第一層（Ｘ）の上に軟質樹脂からなる第二層を積層する。例えば軟質樹脂としてシリコーン樹脂を使用する場合は、２液硬化型の材料を混合し、前記の枠形状内に流し込み硬化させる方法、溶液キャスト法によって軟質樹脂層を形成する方法などを採用できる。最後に、第二層（Ｙ）の上にフッ素樹脂からなる第三層（Ｚ）を積層する。これには、予めフィルム状に成形されたフッ素樹脂を所望の大きさに切断して、第二層（Ｙ）の上に貼り付ける方法などを採用できる。さらに、フィルムの縁を軟質樹脂でコートすることによって、光硬化性組成物（３）の侵入を防止できる。
本発明に係る光学的立体造形装置（１）及び容器（２）を用いて光学的立体造形を行うにあたっては、従来既知の光源のいずれもが使用できる。そのうちでも、本発明では、光硬化性組成物（３）を硬化させるためのエネルギーとして、活性エネルギー線を用いる。活性エネルギー線は、紫外線、電子線、Ｘ線、放射線、高周波電磁波などのような光硬化性組成物（３）を硬化させ得るエネルギー線を意味する。例えば、活性エネルギー線は、３００～４００ｎｍの波長を有する紫外線であってもよい。活性エネルギー線の光源としては、Ａｒレーザー、Ｈｅ－Ｃｄレーザー等のレーザー；ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、ＬＥＤ、水銀灯、蛍光灯等の照明などが挙げられ、レーザーが特に好ましい。光源としてレーザーを用いた場合には、エネルギーレベルを高めて造形時間を短縮することが可能であり、しかもレーザー光線の良好な集光性を利用して、造形精度の高い立体造形物を得ることができる。
本発明は、本発明の効果を奏する限り、本発明の技術的思想の範囲内において、上記の構成を種々組み合わせた態様を含む。
次に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で多くの変形が当分野において通常の知識を有する者により可能である。実施例又は比較例に係る光学的立体造形装置に使用する容器に用いた各材料を略号とともに以下に説明する。
［硬質樹脂からなる第一層（Ｘ）］
ＰＭＭＡ：ポリメチルメタクリレート パラペット ＧＨ－Ｓ（株式会社クラレ製）
ＰＣ：ポリカーボネート ユーピロン Ｓ２０００（三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製）
ＰＭＭＡ：ポリメチルメタクリレート パラペット ＧＨ－Ｓ（株式会社クラレ製）
ＰＣ：ポリカーボネート ユーピロン Ｓ２０００（三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製）
［軟質樹脂からなる第二層（Ｙ）］
シリコーン１：２液硬化型シリコーン樹脂 ＫＥ－１０３／ＣＡＴ－１０３（信越化学工業株式会社製）
シリコーン２：２液硬化型シリコーン樹脂 ＫＥ１６０３Ａ／Ｂ（信越化学工業株式会社製）
シリコーン１：２液硬化型シリコーン樹脂 ＫＥ－１０３／ＣＡＴ－１０３（信越化学工業株式会社製）
シリコーン２：２液硬化型シリコーン樹脂 ＫＥ１６０３Ａ／Ｂ（信越化学工業株式会社製）
［フッ素樹脂からなる第三層（Ｚ）］
ＦＥＰ：四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ダイキン工業株式会社製）
ＥＴＦＥ：エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ダイキン工業株式会社製）
ＦＥＰ：四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ダイキン工業株式会社製）
ＥＴＦＥ：エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ダイキン工業株式会社製）
［実施例１］
厚さ１２ｍｍ×幅３０ｍｍのＰＭＭＡ製の角柱、及び厚さ１．０ｍｍ×１辺２４４ｍｍのＰＭＭＡ製のシート（ＪＩＳ Ｋ ５６００－５－４：１９９９によって測定した鉛筆硬度は３Ｈ）から、高さ３３ｍｍ×１辺２４４ｍｍ、底面の厚さ１．０ｍｍ、底面の面積４８４ｃｍ２のＰＭＭＡ製容器を作製した。
次に、ポリプロピレン製ディスポカップに１００ｇのＫＥ－１０３と５．０ｇのＣＡＴ－１０３を採取し、スパチュラを用いて、約１分間手で撹拌し、シリコーン１を得た。前記シリコーン１の２５ｇを前述のＰＭＭＡ製容器に流し込み、スパチュラで全体に押し広げ、２４時間静置した後、７０℃で６時間加温して軟質樹脂層を形成した。ＪＩＳ Ｋ ６２５３－３：２０１２ タイプＡデュロメータ（アスカー ゴム硬度計Ａ型、高分子計器株式会社製）によって測定した軟質樹脂層の硬さは５０であり、軟質樹脂層の厚さは０．５ｍｍであった。
さらに、軟質樹脂層の上に、厚さ０．２５ｍｍ×１辺２１５ｍｍのＦＥＰシートを空気が入らないように載せ、ＦＥＰシートの縁にシリコーン１を塗布して、光硬化性組成物がＦＥＰシートの下に侵入しないように養生し、容器を得た。
厚さ１２ｍｍ×幅３０ｍｍのＰＭＭＡ製の角柱、及び厚さ１．０ｍｍ×１辺２４４ｍｍのＰＭＭＡ製のシート（ＪＩＳ Ｋ ５６００－５－４：１９９９によって測定した鉛筆硬度は３Ｈ）から、高さ３３ｍｍ×１辺２４４ｍｍ、底面の厚さ１．０ｍｍ、底面の面積４８４ｃｍ２のＰＭＭＡ製容器を作製した。
次に、ポリプロピレン製ディスポカップに１００ｇのＫＥ－１０３と５．０ｇのＣＡＴ－１０３を採取し、スパチュラを用いて、約１分間手で撹拌し、シリコーン１を得た。前記シリコーン１の２５ｇを前述のＰＭＭＡ製容器に流し込み、スパチュラで全体に押し広げ、２４時間静置した後、７０℃で６時間加温して軟質樹脂層を形成した。ＪＩＳ Ｋ ６２５３－３：２０１２ タイプＡデュロメータ（アスカー ゴム硬度計Ａ型、高分子計器株式会社製）によって測定した軟質樹脂層の硬さは５０であり、軟質樹脂層の厚さは０．５ｍｍであった。
さらに、軟質樹脂層の上に、厚さ０．２５ｍｍ×１辺２１５ｍｍのＦＥＰシートを空気が入らないように載せ、ＦＥＰシートの縁にシリコーン１を塗布して、光硬化性組成物がＦＥＰシートの下に侵入しないように養生し、容器を得た。
［実施例２］
ＰＭＭＡ製のシートの厚さ、すなわち第一層（Ｘ）の厚さを５．０ｍｍに変更したこと、ＰＭＭＡ製容器に流し込んだシリコーン１の量を２５０ｇに変更したこと、及びＦＥＰシートの厚さを０．５ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様に容器を作製した。ＪＩＳ Ｋ ６２５３－３：２０１２ タイプＡデュロメータによって測定した軟質樹脂層の硬さは５０であり、軟質樹脂層の厚さは５．０ｍｍであった。
ＰＭＭＡ製のシートの厚さ、すなわち第一層（Ｘ）の厚さを５．０ｍｍに変更したこと、ＰＭＭＡ製容器に流し込んだシリコーン１の量を２５０ｇに変更したこと、及びＦＥＰシートの厚さを０．５ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様に容器を作製した。ＪＩＳ Ｋ ６２５３－３：２０１２ タイプＡデュロメータによって測定した軟質樹脂層の硬さは５０であり、軟質樹脂層の厚さは５．０ｍｍであった。
［実施例３］
ＰＭＭＡをＰＣ（ＰＣ製のシートのＪＩＳ Ｋ ５６００－５－４：１９９９によって測定した鉛筆硬度はＦ）に変更して第一層（Ｘ）の厚さを３．０ｍｍに変更したこと、シリコーン１をシリコーン２に変更してＰＣ製容器に流し込んだシリコーン２の量を５０ｇに変更したこと、及び厚さ０．２５ｍｍのＦＥＰシートを厚さ０．７５ｍｍのＥＴＦＥシートに変更したこと以外は、実施例１と同様に容器を作製した。ＪＩＳ Ｋ ６２５３－３：２０１２ タイプＡデュロメータによって測定した軟質樹脂層の硬さは６０であり、軟質樹脂層の厚さは１．０ｍｍであった。
ＰＭＭＡをＰＣ（ＰＣ製のシートのＪＩＳ Ｋ ５６００－５－４：１９９９によって測定した鉛筆硬度はＦ）に変更して第一層（Ｘ）の厚さを３．０ｍｍに変更したこと、シリコーン１をシリコーン２に変更してＰＣ製容器に流し込んだシリコーン２の量を５０ｇに変更したこと、及び厚さ０．２５ｍｍのＦＥＰシートを厚さ０．７５ｍｍのＥＴＦＥシートに変更したこと以外は、実施例１と同様に容器を作製した。ＪＩＳ Ｋ ６２５３－３：２０１２ タイプＡデュロメータによって測定した軟質樹脂層の硬さは６０であり、軟質樹脂層の厚さは１．０ｍｍであった。
［比較例１］
第二層（軟質樹脂層）及び第三層を設けることなく、実施例１のＰＭＭＡ製容器をそのまま使用した。
第二層（軟質樹脂層）及び第三層を設けることなく、実施例１のＰＭＭＡ製容器をそのまま使用した。
［比較例２］
ＦＥＰシートを貼付しなかったこと以外は、実施例１と同様に容器を作製した。
ＦＥＰシートを貼付しなかったこと以外は、実施例１と同様に容器を作製した。
［比較例３］
シリコーン１をコーティングしなかったこと以外は、実施例１と同様に容器を作製した。
シリコーン１をコーティングしなかったこと以外は、実施例１と同様に容器を作製した。
［比較例４］
ＰＭＭＡをアクリル系エラストマー クラリティ Ｌ２２５０（株式会社クラレ製）（アクリル系エラストマー製のシートのＪＩＳ Ｋ ５６００－５－４：１９９９によって測定した鉛筆硬度は３Ｂ未満、厚さは１．０ｍｍ）に変更したこと以外は、実施例１と同様に容器を作製した。ＪＩＳ Ｋ ６２５３－３：２０１２ タイプＡデュロメータによって測定した軟質樹脂層の硬さは５０であり、軟質樹脂層の厚さは０．５ｍｍであった。
ＰＭＭＡをアクリル系エラストマー クラリティ Ｌ２２５０（株式会社クラレ製）（アクリル系エラストマー製のシートのＪＩＳ Ｋ ５６００－５－４：１９９９によって測定した鉛筆硬度は３Ｂ未満、厚さは１．０ｍｍ）に変更したこと以外は、実施例１と同様に容器を作製した。ＪＩＳ Ｋ ６２５３－３：２０１２ タイプＡデュロメータによって測定した軟質樹脂層の硬さは５０であり、軟質樹脂層の厚さは０．５ｍｍであった。
［光硬化性組成物］
以下の製造方法に従って得られた光硬化性組成物を、以下の成形精度及び耐久性の評価に使用した。
以下の製造方法に従って得られた光硬化性組成物を、以下の成形精度及び耐久性の評価に使用した。
光硬化性組成物１：
２，２，４－トリメチルヘキサメチレンビス（２－カルバモイルオキシエチル）ジメタクリレート（新中村化学工業株式会社製）５０ｇ、Ｎ－アクリロイルモルホリン（ＫＪケミカルズ製）５０ｇ、２，４，６－トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド（和光純薬工業株式会社製）２．０ｇ及び３，５－ジ－ｔ－ブチル－４－ヒドロキシトルエン（和光純薬工業株式会社製）０．０５ｇをサンプル瓶に入れ、４０℃で２４時間撹拌し光硬化性組成物１を得た。
２，２，４－トリメチルヘキサメチレンビス（２－カルバモイルオキシエチル）ジメタクリレート（新中村化学工業株式会社製）５０ｇ、Ｎ－アクリロイルモルホリン（ＫＪケミカルズ製）５０ｇ、２，４，６－トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド（和光純薬工業株式会社製）２．０ｇ及び３，５－ジ－ｔ－ブチル－４－ヒドロキシトルエン（和光純薬工業株式会社製）０．０５ｇをサンプル瓶に入れ、４０℃で２４時間撹拌し光硬化性組成物１を得た。
光硬化性組成物２：
２，２－ビス（４－メタクリロイルオキシポリエトキシフェニル）プロパン（新中村化学工業株式会社製）７０ｇ、ドデシルアクリレート（共栄社化学株式会社製）３０ｇ、２，４，６－トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド（和光純薬工業株式会社製）２．０ｇ及び３，５－ジ－ｔ－ブチル－４－ヒドロキシトルエン（和光純薬工業株式会社製）０．０５ｇをサンプル瓶に入れ、４０℃で２４時間撹拌し光硬化性組成物２を得た。
２，２－ビス（４－メタクリロイルオキシポリエトキシフェニル）プロパン（新中村化学工業株式会社製）７０ｇ、ドデシルアクリレート（共栄社化学株式会社製）３０ｇ、２，４，６－トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド（和光純薬工業株式会社製）２．０ｇ及び３，５－ジ－ｔ－ブチル－４－ヒドロキシトルエン（和光純薬工業株式会社製）０．０５ｇをサンプル瓶に入れ、４０℃で２４時間撹拌し光硬化性組成物２を得た。
＜透明性＞
各実施例及び比較例に係る表１に記載の容器について、分光色差計（日本電色工業株式会社製、ＳＥ ２０００（ＪＩＳ Ｚ ８７２２：２００９に準拠）、０～４５゜後分光方式、Ｄ６５光源）を用いて、底面の透明性ΔＬを測定した。透明性ΔＬは下記式で定義される。
ΔＬ＝Ｌ*Ｗ－Ｌ*Ｂ
（式中、Ｌ*Ｗは、白背景で測定されるＪＩＳ Ｚ８７８１－４：２０１３のＬ*ａ*ｂ*表色系における明度指数Ｌ*を表し、Ｌ*Ｂは、黒背景で測定されるＪＩＳ Ｚ ８７８１－４：２０１３のＬ*ａ*ｂ*表色系における明度指数Ｌ*を表す。）
なお、高い造形性を確保するために、透明性（ΔＬ）が９５以上を合格とした。結果を表１にそれぞれ示す。
各実施例及び比較例に係る表１に記載の容器について、分光色差計（日本電色工業株式会社製、ＳＥ ２０００（ＪＩＳ Ｚ ８７２２：２００９に準拠）、０～４５゜後分光方式、Ｄ６５光源）を用いて、底面の透明性ΔＬを測定した。透明性ΔＬは下記式で定義される。
ΔＬ＝Ｌ*Ｗ－Ｌ*Ｂ
（式中、Ｌ*Ｗは、白背景で測定されるＪＩＳ Ｚ８７８１－４：２０１３のＬ*ａ*ｂ*表色系における明度指数Ｌ*を表し、Ｌ*Ｂは、黒背景で測定されるＪＩＳ Ｚ ８７８１－４：２０１３のＬ*ａ*ｂ*表色系における明度指数Ｌ*を表す。）
なお、高い造形性を確保するために、透明性（ΔＬ）が９５以上を合格とした。結果を表１にそれぞれ示す。
＜成形精度＞
各実施例及び比較例に係る表１に記載の容器及び光造形機（ＤＷＳ社製 ＤｉｇｉｔａｌＷａｘ（登録商標） ０２８Ｊ－Ｐｌｕｓ）を用いて、光硬化性組成物１及び２から１０．０ｍｍの立方体の造形物を製造した。得られた造形物を、メタノールで洗浄し、未重合の単量体を除去した後、マイクロメーターを用いて寸法（単位：ｍｍ）を測定し、下記式により、成形誤差を算出した。
成形誤差（％）＝１００ × （｜（測定寸法）－１０．０｜）／１０．０
造形物の成形誤差が５．０％以下である場合、成形精度について合格とし、４．０％以下であればより優れ、３．５％以下であればさらに優れる。
各実施例及び比較例に係る表１に記載の容器及び光造形機（ＤＷＳ社製 ＤｉｇｉｔａｌＷａｘ（登録商標） ０２８Ｊ－Ｐｌｕｓ）を用いて、光硬化性組成物１及び２から１０．０ｍｍの立方体の造形物を製造した。得られた造形物を、メタノールで洗浄し、未重合の単量体を除去した後、マイクロメーターを用いて寸法（単位：ｍｍ）を測定し、下記式により、成形誤差を算出した。
成形誤差（％）＝１００ × （｜（測定寸法）－１０．０｜）／１０．０
造形物の成形誤差が５．０％以下である場合、成形精度について合格とし、４．０％以下であればより優れ、３．５％以下であればさらに優れる。
＜耐久性＞
各実施例及び比較例に係る表１に記載の容器及び光造形機（ＤＷＳ社製 ＤｉｇｉｔａｌＷａｘ（登録商標） ０２８Ｊ－Ｐｌｕｓ）を用いて、光硬化性組成物１及び２から１０．０ｍｍの立方体の造形物を製造した。造形完了後、造形物を取り除き、同条件で造形を容器の底面が損傷するまで繰り返した。造形可能な回数が大きいほど、耐久性に優れる。
各実施例及び比較例に係る表１に記載の容器及び光造形機（ＤＷＳ社製 ＤｉｇｉｔａｌＷａｘ（登録商標） ０２８Ｊ－Ｐｌｕｓ）を用いて、光硬化性組成物１及び２から１０．０ｍｍの立方体の造形物を製造した。造形完了後、造形物を取り除き、同条件で造形を容器の底面が損傷するまで繰り返した。造形可能な回数が大きいほど、耐久性に優れる。
表１に示す通り、実施例１～３における容器は透明性に優れ、かつ、光硬化性組成物の容器への浸透又は固着を抑制でき、繰り返しの使用が可能であって耐久性に優れていた。また、該容器を使用して造形した造形物は精度良く造形されていて成形精度に優れていた。一方、比較例１～４における容器は、容器に造形物が貼り付き、容器の底の破れが発生し、造形不可能となったり、２回以上の造形が不可能となったりした。造形可能であった場合も、成形精度に劣っていた。また、本発明によれば、比較例１及び２のように造形される光硬化性組成物の種類が限定されることなく、比較的低分子量（例えば、分子量２０００以下）の重合性単量体を含有する光硬化性組成物及びシリコーン系樹脂含有光硬化性組成物等を含む幅広い種類の光硬化性組成物を収容して光学的立体造形を行うことができる。
本発明の容器は、透明性、成形精度及び耐久性に優れるため、光学的立体造形装置に用いる容器として有用である。
１ 光学的立体造形装置
２ 容器
２’ 底
２’ａ 底面
３ 光硬化性組成物
４ 活性エネルギー線
５ 活性エネルギー線照射装置
６ 底（２’）と造形物作製用プレート（７）の間に配置された光硬化性組成物の部分
７ 造形物作製用プレート
８ アクチュエータ
９ 論理回路制御部
２ 容器
２’ 底
２’ａ 底面
３ 光硬化性組成物
４ 活性エネルギー線
５ 活性エネルギー線照射装置
６ 底（２’）と造形物作製用プレート（７）の間に配置された光硬化性組成物の部分
７ 造形物作製用プレート
８ アクチュエータ
９ 論理回路制御部
Claims (6)
- 容器（２）、活性エネルギー線照射装置（５）、及びアクチュエータ（８）を備える光学的立体造形装置に用いる、光硬化性組成物（３）を収容するための容器であって、
前記容器（２）は、底（２’）と壁とを有し、
前記底（２’）が、硬質樹脂からなる第一層（Ｘ）、軟質樹脂からなる第二層（Ｙ）、及びフッ素樹脂からなる第三層（Ｚ）を備え、
前記第一層（Ｘ）の上に第二層（Ｙ）が積層され、前記第二層（Ｙ）の上に第三層（Ｚ）が積層され、
前記第一層（Ｘ）のＪＩＳ Ｋ ５６００－５－４：１９９９によって測定した鉛筆硬度が３Ｂ以上であり、
前記第二層（Ｙ）のＪＩＳ Ｋ ６２５３－３：２０１２ タイプＡデュロメータによって測定した硬さが１０～９０であり、
前記第三層（Ｚ）の厚さが０．１～５．０ｍｍである、容器。 - 前記硬質樹脂が、アクリル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、及びポリシクロオレフィンからなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１に記載の容器。
- 前記軟質樹脂が、シリコーン、アクリル系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、及びスチレン系エラストマーからなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１又は２に記載の容器。
- 前記第一層（Ｘ）の厚さが０．５～２５ｍｍであり、前記第二層（Ｙ）の厚さが０．０１～２５ｍｍである、請求項１～３のいずれか１項に記載の容器。
- 前記第二層（Ｙ）の厚さが前記第一層（Ｘ）の厚さの０．１～５倍の範囲であり、かつ前記第三層（Ｚ）の厚さが前記第二層（Ｙ）の厚さの０．０１～５倍の範囲である、請求項１～４のいずれか１項に記載の容器。
- 前記容器（２）の内面側の底面（２’ａ）の面積（ｃｍ２）／底（２’）の厚さ（ｃｍ）が１００～１００００ｃｍの範囲である、請求項１～５のいずれか１項に記載の容器。
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