JPH0355225A - 三次元形状の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、三次元形状の形成方法に関し、光の照射に
よって硬化する光硬化性樹脂を用いて、立体的な三次元
形状を有する物品を戒形製造する方法に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

光硬化性樹脂を用いて三次元形状を形成する方法は、複
雑な三次元形状を、戊形型や特別な工具等を用いること
なく、簡単かつ正確に形成することができる方法として
、各種の製品モデルや立体模型の製造に利用することが
考えられており、例えば、特開昭５６−１４４４７８号
公報や特開昭６２−３５９６６号公報等に開示された先
行技術がある。この先行技術を、第９図に、従来の一般
的な、光硬化性樹脂を用い′た三次元形状の形成方法の
一例として示している。光硬化性樹脂液２を収容した樹
脂液槽ｌに昇降自在な戒形台５が備えられ、樹脂液Ｎ１
の上方にはレンズ３ａその他の光学系等からなる光ビー
ム照射機構が設けられている．戒形台５は、昇降腕５ａ
を介して、樹脂液槽１外に設置された昇降駆動装置に連
結されている。

光硬化性樹脂液２の液面に光ビーム３を照射すると、光
ビーム３の焦点位置近傍の、液面から一定厚みの光硬化
性樹脂液２が硬化して光硬化層４ａが形成される。光硬
化層４ａは戒形台５に載せられた状態になっているので
、戒形台５を下降させれば光硬化層４ａは液面下に沈み
、光硬化層４ａの上が未硬化の光硬化性樹脂〆＆２で覆
われる。

その後、前記同様に光硬化性樹脂液２の液面に光ビーム
３を照射すると、第２層の光硬化層４ａが形成される。

このような、光ビーム３の照射による光硬化層４ａの形
成、および、成形台５の下降による光硬化層４ａの上へ
の新たな光硬化性樹脂液２の供給を繰り返すことによっ
て、複数層の光硬化層４ａが積み重ねられた所望の三次
元形状を有する戒形品４が成形製造されることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記先行技術では、戊形台の昇降位置を正確
に設定するのが難しいことや、樹脂液槽の液面高さが変
動すること等により、光硬化層４ａの厚みが均一になら
なかったり、三次元形状の形状精度が充分に得られない
とい・う欠点があった光硬化層４ａは、戒形台５の上に
載った状態で先に形成された光硬化層４ａと液面との間
に形成されるので、戒形台５の昇降位置のずれや誤差は
、直接に光硬化ｉ４ａの厚み精度に影響する。戒形台５
は・細い昇降腕５３等で支持さ１１５てし）るｆどけの
不安定な状態で昇降させるようになっているので、成形
台５の昇降精度をそれほど厳密に制御することはできず
、光硬化層４ａの厚みにノ＜　−７　’７キや誤差が生
じることになり、その結果、形成された三次元形状の形
状精度も悪くなる。

戒形台５の昇降に伴って、樹脂液２中に沈んでいる部分
の昇降ｒｅＡ５ａの長さが変わると、昇降腕５ａで排除
される樹脂１２０の体積も変化して、樹脂液槽１の液面
高さが変わる。また、樹脂液２が光硬化する際に体積変
化を起こすことによっても液面の高さが変わる。そのた
め、液面高さは作業工程の各段階で常に上昇したり下降
したりして変動している。液面高さが変動すると、戒形
台５もしくは光硬化層４ａの表面と液面との間隔も変動
して、当然、つぎに形成される光硬化層４ａの厚みが変
わってしまう。

液面に照射される光ビームは、液面もしくは液面から少
し液中に入った位置付近等の液面近傍に焦点を結ぶよう
にして照射され、焦点近くの光エネルギーの高い部分で
樹脂液を光硬化させるようになっているが、前記したよ
うに、樹脂液槽１の液面が変動すると、光ビームの焦点
が液面近傍に正確に設定されなくなり、その結果、光硬
化層４ａの厚みが変わったり、光硬化が充分に行われな
かったりすることにもなる。

このような問題があるため、従来の方法では、光硬化層
の厚みを正確に設定できず、高精度な三次元形状を形成
することが出来なかった。

そこで、この発明の課題は、上記した従来の三次元形状
の形成方法における問題点を解消し、光硬化層の厚みを
正確に設定でき、高精度な三次元形状を簡単に形成でき
る方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決する、この発明にかかる三次元形状の形
成方法のうち、請求項１記載の方法は、樹脂液槽内に収
容された光硬化性樹脂液の液面に光を照射して光硬化層
を形成し、この光硬化層を複数層積み重ねて所望の三次
元形状を形成する方法において、液面に正負何れかの圧
力を作用させて液面高さを制御するようにしている。

樹脂液槽は、三次元形状を形成するのに必要な量および
深さで光硬化性樹脂液を収容しておけるようになってい
る。光硬化性樹脂液は、通常のモデル戒形等に利用され
ているＬＩＶ硬化型樹脂等の各種光硬化性樹脂材料が自
由に使用できる。光硬化性樹脂液の液面に光を照射する
手段は、レーザ発生装置や光学系等からなる、通常の光
ビーム照射手段が用いられる。照射する光ビームは、光
硬化性樹脂の材質によって可視光線、紫外線その他の任
意の波長戒分を含むものが用いられる。

液面に作用させる圧力は、空気その他の気体による圧力
、あるいは、同極に帯電した帯電体同士の間に作用する
静電反発力が利用できる。圧力は、正負何れの方向に作
用させてもよく、正の圧力を液面に作用させれば岐面は
下がり、負の圧力であれば液面が上がる。そして、上記
圧力の強さによって液面を任意の高さに制御できること
になる圧力を作用させる液面は、光硬化層の形成涸所全
体であってもよいし、光ビームが照射されている位置の
近傍のみであってもよい。何れにしても、圧力を作用さ
せた液面と、それ以外の液面との圧力差によって、圧力
を作用させた液面が上昇もしくは下降するのである。

複数層の光硬化層を積み重ねて形成するには、先に形成
された光硬化層の上に、次層の光硬化層の厚みに対応す
る新たな樹脂液を供給する。この樹脂液の供給手段とし
ては、光硬化層を載せた戊形台を樹脂液中に沈めること
によって光硬化層の上に新たな樹脂液を供給したり、樹
脂液槽に新たな樹脂液を追加して液面を上昇させたりす
る、通常の三次元形状の形成方法と同様の方法が採用で
きる。このようにして光硬化層の上に供給された樹脂液
に対して、前記したように、液面に圧力を作用させて、
液面高さが正確に設定されるように調整制御すればよい
。すなわち、樹脂液の供給手段と、液面高さの制御手段
とを別々の手段で果たすのである。この方法は、樹脂液
の供給手段には、液面と光硬化層との相対的な変動量を
大きくできる方法を通用し、液面の高さ制御手段には、
液面高さを正確に設定調整できる、この発明にかかる方
法を通用できるので、作業能率と形状精度の向上の何れ
をも満足させることができる。

また、別の方法として、この発明にかかる岐面の制御手
段を樹脂液の供給手段にも兼用して、圧力の作用で液面
を段階的に上昇させることによって、光硬化層の上に新
たな樹脂液を供給し、その液面高さを調整制御するよう
にしてもよい。この方法は、従来における樹脂液の供給
手段を無くすことができ、装置構造を簡略化できる。

上記した、この発明にかかる三次元形状の形成方法は、
前記した製品モデルの戒形のほか、各種製品の部品や装
飾品その他、複雑で高精度な三次元形状戊形品を要求さ
れる各種の用途に適用できるものである。

請求項２記載の発明は、請求項ｌ記載の発明において、
光透過面を有する逆容器状の密封箱体を樹脂液槽の光硬
化層形成個所の液面に被せて密封箱体と液面の間に密封
空間を形成しておき、密封箱体を昇降させることにより
、密封空間の液面に圧力を作用させて液面高さを制御す
るようにしている。

密封箱体は、直方体や多角柱体、円柱体等をなす容器も
しくは箱の開口面を下に向けた構造すなわち逆容器状を
なしている。密封箱体は、樹脂液槽の液面のうち、光硬
化層の形成涸所すなわち光の照射範囲を覆って液面に被
せられ、密封箱体の側壁が樹脂液の下方途中まで埋入さ
れている。樹脂液槽の液面には、密封箱体で覆われた密
封空間に面した個所と、それ以外の大気中に開放された
個所ができる。

密封空間には、周囲と同じ大気すなわち空気を閉じ込め
ておいてもよいが、Ｎ８ガスやアルゴンガス等の不活性
ガスを封入しておくと、液面で光硬化作用を行わせる際
に、空気中の酸素による硬化阻害の問題を解消して、硬
化速度を向上させたり、硬化反応を良好に行わせたりで
きる等、光硬化作用に好影響を与えることができる。

密封箱体は、光硬化層を形成するときに光が通過する部
分が光透過面になっている。すなわち、光硬化層を形成
するための光は、密封箱体の上方から密封箱体を通過し
て液面へと照射される。そこで、密封箱体の上面のうち
、少なくとも光が通過する部分を、石英ガラスや透明合
戒樹脂等の光透過材料で形成しておくのである。密封箱
体の上面全体を光透過面にしてもよいし、上面の一部の
みを光透過面にしてもよく、さらに、密封箱体全体を光
透過材料で形成しておいてもよい。密封箱体の光透過面
が広いほど、光の照射状態を観察したり確認したりする
のに便利である。光透過材料としては、使用するレーザ
ビームの波長威分等に対応して、既知の光透過性材料の
中から適当なものを選択して用いることができる。

上記のような構造の装置で、密封箱体を上昇もしくは下
降させると、密封空間の内部容積が広くなったり狭くな
ったりする．密封空間に閉じ込められている気体の量は
変わらないので、結果として内部圧力が変化し、この内
部圧力が液面に正負何れかの圧力を作用して、液面を持
ち上げたり押し下げたりする。すなわち、密封箱体の昇
降作動で液面高さを制御する。密封箱体を昇降作動させ
る機構は、各種のシリンダ機構やアクチュエータ機構等
、通常の機械装置で採用されている一般の昇降機構が用
いられる。なお、液面高さを検出するセンサを設置して
おき、このセンサの情報を元にして密封箱体の昇降作動
を制御すれば、液面高さをより精密に制御することがで
きる。

密封空間の内部圧力は、密封箱体の昇降範囲において、
正の圧力すなわち大気圧よりも高い状態から、負の圧力
すなわち大気圧よりも低い状態まで、任意の圧力値に変
化させるように設定できる．すなわち、複数層の光硬化
層を形成している間に、内部圧力が、大気圧よりも高い
範囲内で上下に変化する場合、大気圧よりも高い値から
低い値まで変化する場合、あるいは、大気圧よりも低い
範囲内で上下に変化する場合の何れであってもよい。特
に、密封空間の液面に適当な強さの正の圧力を作用させ
ておくと、液面の波打ちを抑えたり、発生した波の消滅
を促進することができ、作業能率の向上に好ましい。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、
樹脂液槽の液面上で、光硬化層形成個所とそれ以外の個
所に、互いに分離された密封空間を形成して、それぞれ
の密封空間の内部圧力を調整自在になし、両密封空間の
内部圧力の差により液面高さを制御するようにしている
。

密封空間の構造のうち、光硬化層形成個所については、
前記した請求項２記載の発明における密封箱体と同様の
構造で実施され、光を照射して光硬化層を形成する範囲
全体を、適当な密封壁材で覆っている。但し、この発明
の場合は、密封箱体は固定されており、密封空間の内部
容積は変化しない。光硬化層形成涸所の外側も、適当な
密封壁材等で覆って、別の密封空間を形成している。す
なわち、樹脂液槽の液面は、２つの密封空間の何れかに
面していることになる。内側の光硬化層形成個所の密封
空間は、上面の光が通過する部分を、前記した光透過性
材料で形成して光透過面を有するようにしておく。

両密封空間には、それぞれ加減圧装置が連結されており
、加減圧装置から、前記請求項２記載の発明と同様の空
気や不活性ガスを所定の圧力に加圧もしくは減圧して密
封空間へ供給できるようになっている。

上記のような装置を用いて、それぞれの加減圧装置から
密封空間への供給圧力を変化させる。光硬化層形成涸所
の密封空間の内部圧力が外側の密封空間の内部圧力より
も高くなれば、光硬化層形成個所の液面が下がり、圧力
関係が逆になれば、光硬化層形成涸所の液面が上がる。

すなわら、両方の密封空間の内部圧力差によって液面を
昇降させることができるのであり、この圧力調整によっ
て液面高さを制御する。

この方法の場合も、密封空間への供給圧力を段階的に変
更して、液面高さを段階的に上昇させれば、光硬化層の
上に新たな樹脂液を供給する手段にも兼用できる。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、
光の照射位置で、液面に圧力気体を吹き付けて液面高さ
を制御するようにしている。

液面に圧力気体を吹き付ける手段は、各種機械装置等で
用いられている通常の気体噴射ノズルと同様の構造が採
用できる。圧力気体としては、前記した空気あるいは不
活性ガス等が使用できる。

圧力気体を吹きつける場所は、液面のうち、光の照射位
置で、光ビームを中心とした一定範囲のみでよい。すな
わち、光ビームを照射して光硬化させている個所のみで
、圧力気体の吹き付けによる液面の制御を行えばよいの
であり、光ビーム照射位置以外の周辺部分や光ビーム照
射前の液面については、所定の液面高さでなくても構わ
ず、光ビーム照射後の光硬化層の上に樹脂液が流入して
も何ら差し支えない。

所定パターンの光硬化層を形成するには、光ビームをパ
ターン状に移動走査させる必要があるので、圧力気体の
吹き付け手段も、光ビームと一緒に移動できるようにし
ておく。そのためには、例えば、光ビームの照射機構の
光学系のうち、集光レンズ等の一部と圧力気体の吹き付
け手段とを一体構造にしておくのが好ましい。

圧力気体の吹き付け圧力が高いほど、液面を強く押し下
げて液面の制御を行うことができるが、吹き付け圧力が
強過ぎると、液面が波打ったり液中に空気が入ったりす
るので、目的に応じて適当な圧力で実施する。

この発明の方法は、液面高さを比較的狭い高さ範囲で正
確に制御するのに向いており、光硬化層の上に新たな樹
脂液を供給するために液面を大きく段階的に上昇させる
ときには、通常の樹脂液供給手段を用いるのが好ましい
。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、
光の照射位置で、液面に正負何れかに帯電した帯電部材
を近接させるとともに、液面を帯電部材と同極に帯電さ
せ、帯電部材による静電反発圧力を液面に作用させて液
面高さを制御するようにしている。

帯電部材は、静電気を大量に溜めて帯電させることので
きる帯電性の高い材料からなる帯電ヘソドと、静電気を
発生させたり、発生した静電気を帯電、ッドに送り込む
静電気発生装置等からなる。静電気発生装置や帯電ヘッ
ドの構造は、各種の静電気利用分野で用いられている通
常の構造のも・のを用いることができる。液面を帯電部
材と同極に帯電させる方法も、通常の液体に対する帯電
手段が利用できる。

帯電部材を近接させて液面高さを制御するのは、光ビー
ムの照射位置のみでよく、帯電部材の帯電ヘッドを光ビ
ームの照射経路を囲むように配置して、光ビームの移動
走査とともに帯電ヘッドを移動させるようにしておくの
が好ましい。

〔作　　用〕

請求項１記載の発明によれば、液面高さを高くしたいと
きには、液面に負の圧力を作用させて液面を引き上げる
ようにし、液面高さを低くしたいときには、液面に正の
圧力を作用させて液面を押し下げるようにすればよく、
この正負何れかの圧力の強さを調整することによって、
液面を任意の高さに正確にかつ細かく制御できる。

前記したような、光硬化層を機械的に移動させて液中に
沈めたり、光硬化層の上に樹脂液を流し込んだりする方
法だけでは、どうしても液面高さの制御を正確に行うこ
とが困難であったが、この発明では、液面に直接圧力を
作用させているので、極めて正確に細かく液面高さを制
御できる。

したがって、光を照射して光硬化させる樹脂液の厚みを
正確に設定できるとともに、照射される光の焦点と液面
との関係も正確に設定できる。その結果、形成される光
硬化層は、厚みが正確であるとともに光硬化も良好に行
われる。

請求項２記載の発明によれば、密封箱体を液面に被せて
密封空間を構威しておき、この密封箱体を昇降させるこ
とで、密封空間の内部容積を変化させて、密封空間の内
部圧力を変化させる。

密封空間内の液面と密封空間外の液面で、それぞれに加
わっている圧力に差があると、圧力の差に相当する樹脂
液の位置エネルギー分だけ、液面が上昇または下降して
液面高さが変化する。この発明では、密封空間外には一
定の大気圧が加わっているので、密封空間の内部圧力を
変えることによって、密封空間外の大気圧と、間に圧力
差が生じそれに伴って密封空間の液面が昇降するのであ
る。

したがって、密封空間の内部圧力変化すなわち密封箱体
の昇降によって液面高さを自由に制御できることになる
。

液面高さの制御は、密封箱体で覆われた範囲全体に対し
て行われるので、複数の光硬化層を積み重ねる際の、光
硬化層の上への新たな樹脂液の供給手段として利用でき
る。液面高さの変化は、圧力変化に伴って液面全体で一
様に静的に行われるので、液面が波打ったり樹脂液が激
しく動かされることがない。特に、密封空間の液面に適
当な圧力を加えておけば、液面の波打ちを抑制したり沈
静する作用も期待できる。

密封空間に不活性ガス等、光硬化層の形成に好ましい環
境を作る気体を充填しておけば、光硬化の促進や形成さ
れる光硬化層の品質向上を図ることも可能になる。

請求項３記載の発明によれば、光硬化層の形成個所の密
封空間と、それ以外の個所の密封空間との、内部圧力を
調整制御することによって、前記請求項２記載の発明と
同様に、両密封空間の内部圧力の差で、光硬化層形成涸
所の液面高さを変えることができる。そして、密封空間
の内部容積を機械的に変化させる請求項２記載の発明に
対し、この発明の場合は、密封空間の内部圧力自体を調
整するようにしているので、機械的な動作部分がない。

光硬化層形成個所とそれ以外の個所で、それぞれの密封
空間の内部圧力を調整しているので、光硬化層形成個所
の液面高さを極めて正確に調整することができる。

樹脂液槽の全ての液面が密封空間で覆われているので、
密封空間に不活性ガス等を供給充填しておけば、酸素等
による樹脂液の劣化や光硬化に対する悪影響を防止する
ことも可能になる。

請求項４記載の発明によれば、液面に圧力気体を吹き付
けることによって、液面を押し下げて液面高さを制御す
る。三次元形状の形成方法において、液面高さを正確に
制御する必要があるのは、液面に光を照射して、その部
分の樹脂液が光硬化するときだけであるので、樹脂液槽
の広い範囲で液面を制御しなくても、この発明のように
、光の照射位置で液面に圧力気体を吹き付けるだけで充
分に目的を果たせるのである。光硬化層の上に新たな樹
脂液を供給する手段としては、通常の供給手段を通用し
て迅速に樹脂液を供給し、光を照射する段階での液面高
さの正確な制御のみを、圧力気体の吹き付けによる、こ
の発明の方法で実施すれば、樹脂液の迅速な供給と液面
高さの正確な制御とを同時に果たすことができるととも
に、従来構造の樹脂液槽その他の装置をそのまま使用す
ることが可能になる。

光硬化層の上に供給された樹脂液に対し、液面を押し下
げてさらに厚みを薄くすることができる。厚みの薄い樹
脂液を光硬化させれば、当然、薄層の光硬化層が形成で
きる。その結果、複数の光硬化層を積み重ねて形成され
る三次元形状の或形品の外形に、光硬化層毎に生じる段
差が目立たなくなり、三次元形状の外形を滑らかにして
形状精度を高めることができる。

請求項５記載の発明によれば、同極に帯電した帯電部材
と液面との間に作用する静電反発圧力で液面を押し下げ
て、液面高さを制御する。

この発明の場合も、前記請求項４記載の発明と同じく、
光の照射位置のみで液面を制御することができ、前記同
様の作用が発揮できる。

しかも、帯電部材による静電反発圧力は、圧力気体の吹
き付け等に比べて、より静的に作用するので、液面の波
打ちや樹脂液の移動が一層少な《なる。

〔実　施　例〕

つぎに、本願発明の実施例について図面を参！１，＠し
ながら詳しく説明する。

第ｌ図は、三次元形状の形成装置の概略構造を示してお
り、光硬化性樹脂液２０を収容した樹脂液槽１０の上方
に光ビームＢを照射して樹脂液２０を光硬化させるよう
になっている。光ビームＢの照射機構としては、図示し
ていないが、通常の光照射機構と同様に、レーザ発生装
置、光変調器、集光レンズ等を備えているものとする。

矩形状をなす樹脂液槽１０の内側で、樹脂液２０の上方
に直方体状の容器を逆様にした形状を有する密封箱体５
０が被せられている。密封箱体５０は下面が開口し、側
壁を樹脂液２０に侵入させており、密封箱体５０と樹脂
？＆２０の液面との間に密封空間５１が構威されている
。密封箱体５０は、透明なガラスや合或樹脂等から形成
されており、密封箱体５０の上方から照射された光ビー
ムＢが、密封箱体５０を通過し樹脂液２０の液面に照射
されて光硬化層４０を形成できるようになっている。密
封空間５ｌには、周囲と同じ大気が入っていてもよいが
、窒素ガスやその他の不活性ガスを充填しておくことが
好ましい。密封箱体５０は昇降自在に設けられており、
図示しないが、シリンダ機構やリンク機構等を組み合わ
せた適当な昇降機構が設けられている。

上記のような装置を用いる三次元形状の形成方法につい
て説明する。

第２図に示すように、何層かの光硬化層４ｏが形成され
た段階で、つぎに光硬化させるための新たな樹脂液２０
を最上部の光硬化層４ｏの上に供給する場合、密封箱体
５０を上昇させると、密封空間５１の内部容積が増えて
内部圧力が下がり、それに伴って液面が上昇する。密封
箱体５０の外側では樹脂液２０の液面は下降する。すな
わち、密封箱体５０が高さΔＬだけ上昇すると、密封空
間５１の液面高さもΔＨだけ上昇するのである。

この液面高さの変化量ΔＨを、つぎに光硬化させる樹脂
液の厚みに設定しておけば、密封箱体５０の上昇によっ
て光硬化層４０の上に所定の厚みの新たな樹脂液２０を
供給することができるのである。予め、密封箱体５０の
上昇量ΔＬと液面の上昇量ΔＨの関係が判っていれば、
密封箱体５０の上昇量ΔＬを調整することによって、液
面の上昇量ΔＨが正確に制御できる。液面の高さを、適
当なセンサ手段によって検出しておき、その検出情報を
元にして密封箱体５０の昇ｌ！ｉｉｔを制御すれば、よ
り正確な液面の制御が行える。

上記方法では、光硬化層４０自体は全く移動させず固定
されたままで、液面だけを上昇させており、複数層に積
み重ねられた光硬化層４０は、樹脂液槽１０の底面に順
番に積み重ねられて三次元形状を有する底形品Ｍが得ら
れる。樹脂液槽１０の底面付近で光硬化１４０を形成す
る段階では、密封箱体５０を樹脂液２０の中に押し込ん
で、密封空間５１の液面が周囲の液面よりも低くなるよ
うに制御する。

液面を変化させるには、上記のような密封箱体５０の昇
降による液面の引き上げ押し下げのみで行ってもよいが
、光硬化層４０の層数が増えるにつれて、樹脂液槽１０
に新たな樹脂液２０を追加供給するようにしてもよい。

このような樹脂液２０の追加供給を併用すれば、戒形品
Ｍ全体を形成するまでの密封箱体５０の昇降距離が少な
くて済む。

つぎに、第３図および第４図に示す別の゛実施例につい
て説明する。

この実施例でも、樹脂液槽ｌｏの中央に、直方体状の容
器を逆様にした形状の密封箱体５４が設けられているが
、この密封箱体５４は昇降することなく樹脂液槽１０側
に固定されている。密封箱体５４の周囲には外蓋５２が
設けられ、外蓋５２と密封箱体５４で樹脂液槽１０の開
口面を塞いでいる。したがって、密封箱体５４と樹脂液
２ｏの岐面との間に、ひとつの密封空間５５が構成され
、密封箱体５４の外側で外蓋５２と液面との間にもうひ
とつの密封空間５３が形成されている。それぞれの密封
空間５５．５３には、配管６３．６２を経て加減圧装置
６０．６１が連結されている。加減圧装置６０．６１は
、空気や不活性ガス等の気体を任意の圧力で供給できる
ようになっている。

上記のような装置を用いた三次元形状の形成力法につい
て説明する。

第４図に示すように、加減圧装ｉ！６０．６２からの供
給圧力によって、密封空間５５の液面には圧力Ｐ，が加
わり、密封空間５３の液面には圧力Ｐ１が加わるように
すると、両方の圧力の差に対応して、液面の高さに違い
が生じる。この圧力差を段階的に変えていけば、光硬化
層４０上への段階的な樹脂液の供給が行える。

圧力Ｐ２と圧力Ｐ，は、一方が正圧すなわち大気圧以上
で他方が負圧すなわち大気圧以下であってもよいし、両
方とも正圧であってもよく、両方が負圧の場合もある。

液面高さの変化を迅速かつ大幅に行うには、正圧と負圧
を組み合わせて圧力差を大きくするのが好ましい。さら
に、どちらか一方の密封空間を大気中に開放して大気圧
を加え、他方の密封空間のみに正負何れかの圧力を加え
るようにすることも可能である。但し、この場合は、大
気中に開放された密封空間では不活性ガスによる樹脂液
の保護や光硬化作用の改善は果たせない。

光硬化層形成個所の密封空間５５に大気圧以上の適当な
圧力を加えておくと、液面に波打ちが生じ難く、発生し
た波も迅速に消滅する。

つぎに、第５図および第６図に示す別の実施例について
説明する。

この実施例では、樹脂液槽１０に、従来装置と同様の、
昇降自在な底形台７０が沈めてあり、この戒形台７０の
上に光硬化層４ｏおよび戒形品Ｍを形成する。戒形台７
０は、昇降腕７１を経て、樹脂液槽１０の外部に設けた
モータ等からなる駆動機ｌｌ（図示せず）に連結されて
いる。

樹脂液槽１０の上方には、集光レンズ３０等からなる通
常の光照射機構が備えられている。光ビームＢの照射経
路を囲むように、圧力気体の噴射ノズル８０が設けられ
ている。噴射ノズル８ｏの先端は、液面と平行な下面を
有するフランジ部８１となっている。噴射ノズル８０の
中心を貫通するガス供給路８２は圧力気体の供給装置（
図示せず）に連結されているとともに、ガス供給路８２
の中央を通して光ビームＢが照射されるようになってい
る。したがって、ガス供給路８２の上部には、光ビーム
Ｂを通過させる光透過部を設けておいて、ガス供給路８
２の外部に設置された光ビーム発生装置から照射された
光ビームＢをガス供給路８２内に導入する必要がある。

また、ガス供給路８２の内部に光ビームＢの照射機構全
体を設置しておいてもよい。さらに、光ファイバ等の光
伝送路を噴射ノズル８０の中央に貫通させて配設してお
いてもよい。

ガス供給路８２の途中には、圧力計８３が取り付けられ
ていて、圧力気体の噴射圧力を管理できるようになって
いる。

上記装置の使用について説明する。先に形成された光硬
化層４０の上に新たな樹脂液２０を供給するのは、従来
の通常の方法と同様に、戒形台７０を段階的に下降させ
て光硬化１’５ｉ４０を樹脂液２０に沈めていく。戒形
台７０の下降によって光硬化層４０の上を覆った樹脂液
２０の厚みもしくは液面高さは、それほど厳密に設定し
なくてもよい第６図に示すように、光ビームＢを照射す
る段階で、噴射ノズル８０の先端から空気もしくは不活
性ガス等の圧力気体をｌ夜面に噴射する。そうすると、
圧力気体が、噴射ノズル８０のフランジ部８１下面と液
面との間を通過して周囲に逃げていく過程で、圧力気体
が液面を押し下げることになる。その結果、噴射ノズル
８０下方の液面と樹脂液中の光硬化層４０との間の間隔
Ｔは、圧力気体を噴射する前の間隔Ｔ′よりも狭くなる
。このとき、噴射ノズル８０からの圧力気体の噴射を全
周方向で均等にしておけば、圧力気体による液面の押し
下げ作用は全周方向で均等に働き、液面は流動せずに静
水圧状態でバランスした状態で押し下げられる。

このようにして、つぎに光を照射して光硬化層４０を形
成するための樹脂液２０の厚みＴを、圧力気体の噴射に
よって確実に制御できることになる。また、圧力気体に
より噴射ノズル８０の下面と液面との間の距離も一定に
保たれるので、光ビームＢの焦点を、噴射ノズル８０の
下面から一定距離の位置に設定しておけば、自動的に液
面近傍の最通な位置に焦点が合うことになる。

このような状態で、光ビームＢを液面に照射すれば、正
確に厚みが制御された光硬化層４０を形成することがで
き、光ビームＢの焦点も最適な位置に合っているので、
光硬化作用も良好に行われる。なお、光ビームＢは、水
平方向に移動走査させながら所定パターンの光硬化層４
０を形成し、噴射ノズル８０も光ビームＢとともに移動
させるので、圧力気体の噴射によって押し下げられた液
面部分も光ビームＢの移動走査に伴って移動していく。

しかし、光硬化層４０が形成された後で、光硬化層４０
の上を樹脂液２０が再び覆うようになっても何ら差し支
えはない。

上記の方法において、圧力気体による液面の押し下げ量
は、粘度や比重等の樹脂液の性質と、圧力気体の噴射圧
力等の条件によって変わるので、目的とする樹脂液２０
の厚みＴが得られるように、圧力気体の噴射圧力を設定
する。

光硬化Ｉｉｉ４０上の樹脂液２０の厚みＴを正確に設定
するには、液面位置や光硬化層４０の表面位置をセンサ
等で検出して、このセンサの情報を元にして、噴射ノズ
ル８０と液面との距離を設定したり、圧力気体の噴射圧
力を設定することもできる。

上記方法は、光硬化ｆｆ４０を昇降する戊形台７０の上
に積み重ねて形成していく場合だけでなく、樹脂液槽１
０に段階的に新たな樹脂液を追加供給して光硬化層４０
の上に樹脂液を供給する場合等、光硬化層４０の上に樹
脂液を供給する手段については、自由に変更することが
できる。

つぎに、第７図および第８図に示す実施例について説明
する． この実施例で用いる装置は、基本的には、前記第５図お
よび第６図に示した実施例とほぼ同様の構戒を備えてい
る。すなわち、樹脂液槽１０の樹脂液２０内で、昇降腕
７１に連結された戊形台７０を下降させ光硬化層４０を
樹脂液中に沈めて、光硬化［４０の上に樹脂液２０を供
給する。

光ビームＢの照射経路を囲んで、帯電部材８５が設けら
れている。帯電部材８５は、先端にフランジ状の帯電ヘ
ッド８６を備えるとともに、上記帯電へ、ツド８６を帯
電させるための静電気発生装置（図示せず）を備えてい
る。帯電部材８５の中心には、光ビームＢを通過させる
ための光通過孔８７が形成されている。したがって、こ
の実施例では、前記実施例における噴射ノズル８ｏの代
わりに帯電部材８５を用いることになる。また、樹脂液
槽１０内の樹脂液２０の液面を帯電させるための帯電装
置（図示せず）も備えている。

上記装置の作動について説明する。光硬化層４０の上に
新たな樹脂液２０を供給するのは、前記実施例と同様に
威形台７０の下降により行う。

光硬化層４０の上を、ほぼ必要な厚みの樹脂液２０が覆
った後、第８図に示すように、帯電部材８０の帯電ヘソ
ド８６と樹脂肢２０の７皮面とを同じ極（図ではプラス
極）に帯電させる。同じ極間士は反発するので、この静
電反発力によって、液面が押し下げられ、光硬化層上の
樹脂液は、当初の厚みがＴ′であったのが、帯電部材８
５の作用で押し下げられて、厚みＴに変化する。

液面が押し下げられる範囲は、帯電ヘッド８６の平坦な
下面とほぼ対向する範囲であり、静電反発力は帯電ヘッ
ド８６および液面と直交する方向に働くので、液面は垂
直下方に静的に押し下げられ、樹脂液２０が波打ったり
強く動かされたりすることはない。また、帯電部材８５
による静電反発力が作用している限り、押し下げられた
液面は静水圧状態でバランスを保っている。

この状態で、帯電部材８５の中央から液面に光ビームＢ
を照射すれば、前記第６図に示した実施例と同様にして
、光ビームＢの焦点は正確に岐面近傍の所定位置に合い
光硬化作用が良好に行われて、目的とする正確な厚みの
光硬化層４ｏが形成されることになる。

帯電部材８５による液面の押し下げ量を変えるには、帯
電部材８５に静電気を供給する静電気発生装置を調整し
て、帯電ヘッド８１の帯電量を変化させれば、液面との
間で作用する静電反発カが場減して液面の押し下げ量も
変わる。

〔発明の効果〕 以上に述べた、この発明にががる三次元形状の形成方法
のうち、請求項１記載の発明は、樹脂液槽の液面に圧力
を作用させて、直接液面高さを制御しているので、液面
高さの設定が極めて正確に行える。

そのため、従来技術の、光硬化層を樹脂液中に沈めるだ
けの方法や、光硬化層の上に樹脂液を追加供給するだけ
の方法のように、光硬化層の上に供給される樹脂液の厚
みにバラツキが生じたり不正確になって、三次元形状全
体の形状精度が低下するという問題を解消することがで
きる。また、従来の方法だけでは、樹脂液の粘性や流動
性の点で、光硬化層の上に供給する樹脂液の厚みを薄く
するには限界があったが、この発明の方法では、光硬化
層の上に供給された樹脂液に対して、液面高さを制御す
ることによって樹脂液の厚みをさらに薄くすることがで
きるので、従来方法では形成不可能な薄い樹脂液を光硬
化させて薄層の光硬化層を形成することができる，三次
元形状の形成方法では、光硬化層の厚みが薄い程、光硬
化層を積み重ねて形成される三次元形状の外見が滑らか
になり形状精度が向上するので、この発明の方法によっ
て、外観的に優れ形状精度の高い三次元形状製品を製造
することが可能になる。

請求項２記載の発明は、密封箱体の昇降によって密封箱
体内部の密封空間の液面を制御しており、光硬化層は固
定したままでよいので、昇降する戒形台を用いる方法の
ように、光硬化層の表面が傾いたり位置ずれを起こした
りする心配がなく、三次元形状戒形品の形状精度が向上
する。

密封空間全体の液面が静的に変化するので、樹脂液を光
硬化層の上に追加供給する方法のような液面の波打ちや
樹脂液の激しい移動等が生じず、液面を変化させた後、
直ぐに光の照射が行え、作業能率が向上する。

光を照射する液面が密封箱体で覆われているので、液面
にゴミ等が付着して光の照射を邪魔することがない。

密封空間に窒素ガスやその他の不活性ガスを充填してお
けば、空気中の酸素が光硬化を阻害したり悪影響を与え
るのを防止することができる。

請求項３記載の発明は、光硬化層の形成涸所とそれ以外
の個所に設けた密封空間の内部圧力を凋整することによ
って、光硬化層形成個所の液面を制御しており、光硬化
層形成個所の密封空間の液面に圧力を作用させる点では
、請求項２記載と同様の効果が発揮できるとともに、光
硬化層形成涸所の外側の密封空間でも内部圧力を調整で
きるので、より厳密かつ迅速な液面の制御が行える。樹
脂液槽全体の液面が何れかの密封空間に覆われているの
で、密封空間に不活性ガス等を充填して光硬化作用を良
好に行わせたり樹脂液の劣化を防止することができる。

請求項４記載の発明は、光の照射位置のみに圧力気体を
吹き付けて液面を制御しており、樹脂液槽の構造や樹脂
液の供給手段は、従来の方法と同様のもので実施できる
ので、装置構造が簡単で、従来の装置に付加して実施す
ることも可能である。圧力気体の吹き付け手段等は全て
、樹脂液槽の上方もしくは外部に設置しておけばよいの
で、形成する光硬化層もしくは三次元形状の寸法や形状
には全く制約がなく、任意の大きさの三次元形状製品を
製造することができる。演面の制御範囲を、光硬化層の
形成に必要な光の照射位置のみに限定しているので、広
い範囲に圧力を作用させるのに比べてエネルギー消費が
少ない。

圧力気体として不活性ガス等、光の照射位置における光
硬化作用に好ましい雰囲気を作り得る気体を用いれば、
光硬化の進行を促進させて作業能率を高めたり、光硬化
層の品質性能を向上させることも可能になる。

請求項５記載の発明は、帯電部材と液面とを同極に帯電
させたときの静電反発力で液面を制御しており、前記請
求項４記載の発明と同様に、樹脂液槽の構造や樹脂液の
供給手段は任意に選択でき、形成する光硬化層や三次元
形状の大きさにも制約がない。

しかも、静電反発力で液面を制御するので、／ｆ１面の
変化が静的かつ迅速に行われ、液面に波打ちが生じたり
、樹脂液が強く動かされるようなことがないので、液面
を変化させた後、直ちに光の照射を行えることになり、
作業能率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す斜視図、第２図は作動
状態を示す断面図、第３図は別の実施例を示す斜視図、
第４図は作動状態を示す断面図、第５図はさらに別の実
施例を示す概咄断面図、第６図は前図Ｘ部分の拡大図、
第７図はさらに別の実施例を示す概略断面図、第８図は
前図Ｙ部分の拡大図、第９図は従来例の概略断面図であ
る。 １０・・・樹脂液槽　２０・・・光硬化性樹脂液　４０
・・・光硬化１’ｉｉ５０，５４・・・密封箱体　５１
．５３，５５・・・密封空間　５２・・・外蓋　６０．
６１・・・加減圧装置　８０・・・噴射ノズル　８５・
・・帯電部材Ｂ・・・光ビーム　Ｍ・・・戒形品

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　樹脂液槽内に収容された光硬化性樹脂液の液面に光
   を照射して光硬化層を形成し、この光硬化層を複数層積
   み重ねて所望の三次元形状を形成する方法において、液
   面に正負何れかの圧力を作用させて液面高さを制御する
   ことを特徴とする三次元形状の形成方法。 ２　請求項１記載の発明において、光透過面を有する逆
   容器状の密封箱体を樹脂液槽の光硬化層形成個所の液面
   に被せて密封箱体と液面の間に密封空間を形成しておき
   、密封箱体を昇降させることにより、密封空間の液面に
   圧力を作用させて液面高さを制御する三次元形状の形成
   方法。 ３　請求項１記載の発明において、樹脂液槽の液面上で
   、光硬化層形成個所とそれ以外の個所に、互いに分離さ
   れた密封空間を形成して、それぞれの密封空間の内部圧
   力を調整自在になし、両密封空間の内部圧力の差により
   液面高さを制御する三次元形状の形成方法。 ４　請求項１記載の発明において、光の照射位置で、液
   面に圧力気体を吹き付けて液面高さを制御する三次元形
   状の形成方法。 ５　請求項１記載の発明において、光の照射位置で、液
   面に正負何れかに帯電した帯電部材を近接させるととも
   に、液面を帯電部材と同極に帯電させ、帯電部材による
   静電反発圧力を液面に作用させて液面高さを制御する三
   次元形状の形成方法。