JPH07256763A

JPH07256763A - 構造体の製造方法および製造装置並びに該方法によって製造される構造体

Info

Publication number: JPH07256763A
Application number: JP6053746A
Authority: JP
Inventors: Masaki Yokohama; 正毅横浜
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-03-24
Filing date: 1994-03-24
Publication date: 1995-10-09

Abstract

(57)【要約】【構成】この発明の構造体の製造方法では、特定の液体
に溶解する可溶性の型を成形し、この可溶性型に可溶性
型を溶解する液体には溶解しない光硬化性樹脂をコーテ
ィングし、コーティングした光硬化性樹脂の所望する部
分にのみ光を照射して硬化させ、可溶性型のみを前記特
定の液体によって溶解する。また、この発明の構造体の
製造装置は、可溶性型を装着し、この可溶性型を光照射
位置に対して相対的に移動および／または回転させて位
置制御を行なう可溶性型制御部と、可溶性型に光硬化性
樹脂をコーティングする注型機構部と、可溶性型にコー
ティングされた光硬化性樹脂の所望の箇所に光を照射す
る光照射部とを具備する。【効果】型を用いて一体に成形するため剥離の原因とな
る段差が生じない。また、型を溶解除去するため、型の
面が複雑な形状をしていても構造体の変形や破損が生じ
ない。さらに１種の型で多種類の構造体を製造すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光硬化性樹脂からな
る構造体、この構造体の製造方法および製造装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロマシンに対する関心が高
まりつつあり、その研究が盛んに行なわれている。この
ような状況のもと、マイクロマシンに用いられる微細な
３次元部品の加工および組立技術に対する要求が大きく
なり、微細加工技術に対する多くの研究がなされてい
る。

【０００３】このような微細加工技術の１つに、切削工
程を必要としない３次元構造体の製造技術として近年注
目されている光造形技術がある（ＣＡＤデータから立体
モデルを製作するポイント、省力と自動化、1992年 9月
号、38〜63頁；永森茂、紫外線硬化樹脂を用いた加工
法によるマイクロマシンの設計・製作、機械設計、199
2、50〜55頁；生田幸士、光創製３次元マイクロファ
ブリケーション、第５回マイクロマシン・シンポジウム
資料、78〜79頁）。この光造形法によって３次元構造体
を造形する際の具体的な工程フローチャートを図22に示
す。図に示すように、この方法は、Ｒ1 ）３次元ＣＡＤ
に３次元構造体の図面データを入力し、Ｒ2 ）入力され
たデータから、３次元構造体の一定の積層厚み毎の水平
方向スライス図形データ群を作成し、Ｒ3 ）光硬化性流
動樹脂、例えばオリゴマー（エポキシアクリレート、ウ
レタンアクリレート等）、反応性希釈剤（モノマー）お
よび光重合開始剤（ベンゾイン系、アセトフェノン系
等）の３要素からなる光硬化性流動樹脂内に上下方向に
移動するエレベータを設置して、このエレベータを光硬
化性流動樹脂が所定の積層厚みになるような位置に配置
し、Ｒ4 ）レーザビーム、例えば紫外線の波長領域を有
するエキシマレーザ（ 308ｎｍ）、Ｈｅ−Ｃｄレーザ
（ 325ｎｍ）およびＡｒレーザ（ 330〜 364ｎｍ）のビ
ームで目的形状の水平断面をなぞるように走査して、光
硬化性流動樹脂を硬化させ、Ｒ5 ）エレベータを所定の
積層厚みになる位置に再度移動して未硬化の光硬化性流
動樹脂を流入させ、Ｒ6 ）目的形状の３次元構造体が完
成するまでＲ4 ）およびＲ5 ）を繰返し、Ｒ7 ）完成し
た３次元構造体を取り出して表面に付着している未硬化
の光硬化性流動樹脂を洗浄し、かつＲ8 ）後露光する、
ことにより行なわれる。

【０００４】これを図23を用いてより具体的に説明す
る。図23は、光硬化性流動樹脂の下面より光を照射して
造形を行なう規制液面法による造型状態図である。図に
示すように、この方法は、光硬化性流動樹脂タンク 213
内において行なわれる。このタンク 213の底部は開口し
ており、その開口部には光を透過するガラス板 212が設
けられている。また、タンク 213の内部には光硬化性流
動樹脂 215が収容されており、さらにこの樹脂 215内に
は上下に移動可能なテーブル 211が挿入されている。光
硬化性流動樹脂 215は、例えば、Ｘ線、紫外線または可
視光によって硬化する樹脂であり、その具体的な例とし
ては、オリゴマー（エポキシアクリレート、ウレタンア
クリレート等）、反応性希釈剤（モノマー）および光重
合開始剤の３要素からなる樹脂を挙げることができる。

【０００５】造形は、まず、図23ａに示すように、テー
ブル 211とガラス板 212との間隔が所定の距離になるよ
うにテーブル 211を上昇させ、下方からガラス板 212を
通して樹脂 215に紫外線レーザビーム 214を照射する。
この紫外線レーザビーム 241としては、例えば、波長 3
30〜 364ｎｍのＡｒレーザや波長 325ｎｍのＨｅ−Ｃｄ
レーザを好適に用いることができる。紫外線レーザビー
ム 214が照射された部分 216は硬化して層をなす。この
照射を造形しようとする３次元構造体の水平断面の形状
に従って行なうことにより図23ｂに示すように１層目の
硬化を終える。１層目の硬化が終了した後レーザビーム
の照射を止め、図23ｃに示すように、硬化した１層目の
樹脂とガラス板との間隔が所定の距離をとるように再び
テーブル211を上昇させて、硬化樹脂層の下に未硬化の
流動樹脂を流入させる。その後、図23ｄに示すように、
３次元構造体の水平断面の形状に従って再び下方からレ
ーザビームを照射して樹脂を硬化させ、２層目を形成す
る。以下、図23ａ〜23ｄを順次繰返し、光硬化性流動樹
脂を硬化・積層させながら図23ｅに示す目的の構造体を
製造する。

【０００６】このように、光造形法を用いることによ
り、切削工程なしに３次元構造体を製造することが可能
となる。

【０００７】また、他の微細加工技術としては、金属の
射出成形法、すなわちＭＩＭ（Metal Injection Moldin
g ）が知られ、盛んに研究開発がなされている。その詳
細は、例えば、岡村裕幸、金属粉末射出成形プロセ
ス、プレススクール、第 291号、1992、 1〜14頁および
三浦立、金属粉末射出成形法、工業材料、第39号、N
o. 12、1991年 9月号、18〜23頁に記載されている。

【０００８】この加工工程図を図24に、また粉末から焼
結までの微細構造モデルを図25にそれぞれ示す。図24に
示すように、この方法では、一般に、まず加熱混練工程
Ｑ1）において、水アトマイズ、ガスアトマイズ等の微
粉末製造技術により製造された金属粉末、例えば粒径範
囲 1μｍ〜10μｍ、平均粒径 5μｍのＦｅまたはＮｉ
に、有機材料（以下、バインダーと称することがあ
る）、例えばポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピ
レン、エチレン- 酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を所定
の割合で混合し、熱を加えて混練することにより粘度状
の柔らかい混合物を作製する。次いで、造粒工程Ｑ2 ）
において、工程Ｑ1 ）で得られた混合物を射出成形機に
供給できるようにペレット状にし、射出成形工程Ｑ3 ）
において、射出成形機を用いてペレット状にした材料を
閉じた金型の内部に充たす。金型の内部を充たした材料
は、溶かし、流し、固めるという工程を経て成形され
る。次の脱脂工程Ｑ4 ）においては、工程Ｑ3 ）におい
て得られた成形体をバインダーを分解除去するために加
熱する。一般に、脱脂時間は15〜 100時間を要し、最高
温度はバインダー成分にもよるが 300〜 500℃程度であ
る。最後に、脱脂されて金属のみとなった成形体を焼結
工程Ｑ5 ）において高温で焼結する。この際の焼結温度
は、例えばＦｅやＮｉでは水素雰囲気下で1100〜1200℃
である。

【０００９】このように、ＭＩＭによっても、切削工程
なしにある程度微細な３次元構造体を製造することがで
きる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記光
造形法では、２次元平面である光硬化層を積層させて３
次元構造体を形成するため、積層面に段差が生じ、応力
を加えた場合にこの段差面から剥離が生じて破壊しやす
いという問題がある。さらに、単一の光硬化性流動樹脂
からなる構造体だけしか造形できないので、局部的に異
なる特性を有する構造体を製造する場合には、異なる材
料からなる部品をそれぞれ製造し、これを接合して１つ
の構造体に組み立てなければならない。これは繁雑な作
業であり、特にマイクロマシンを製造する場合には、各
部品のサイズが 1ｍｍ以下となり組み立てに非常な困難
が伴う。

【００１１】また、ＭＩＭでは、使用する流体材料の粘
性が高いため微小な金型に完全に流し込むことが困難で
あり、高精度の成形体を得ることが難しい。また、粘性
の高い流体材料の使用は金型の磨耗を増大させ、金型の
寿命を縮める結果となる。さらに、ＭＩＭでは射出成形
で部品を成形するため、均一な粉体密度を得ることが困
難であり、バインダーの脱脂工程において不均一な寸法
収縮が起こる。そして、この不均一な寸法収縮率を考慮
して金型を設計しなければならないので、金型の製作コ
ストが高くなる。また、特に微小な構造体の場合には、
必要な金型を製作することが困難である。加えて、金型
から成形体を取り出す工程で成形体に応力がかかり、成
形体を破壊する危険性がある。特に微細な成形体は、金
型に接触する表面積がその体積に比較して大きくなるた
め金型表面との摩擦の影響を受け易く、成形体を破壊し
ないように取り出すことが困難である。

【００１２】したがって、この発明は、樹脂層の積層に
よらずに立体構造を一体に成形することが可能な型を用
いる構造体の製造方法であって、１種類の型で多種の構
造体を製造することが可能であり、かつ製造された構造
体を変形もしくは破損させることなく取り出すことが可
能であり、さらに異なる材質からなる部材を有する構造
体を組み立てを必要とすることなく製造することが可能
な方法を提供することを目的とする。

【００１３】また、この発明は、上記この発明の構造体
の製造方法を実施するための製造装置を提供することを
目的とする。

【００１４】さらに、この発明は、光走査のみにより積
層する光造形法によらずに、型を用いて一体に成形され
た、積層段差や積層歪みの少ない均一な３次元構造を有
する構造体を提供することをも目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明による構造体の
製造方法は、特定の液体に溶解する可溶性の型を成形す
る可溶性型成形工程と、該可溶性型に該可溶性型を溶解
する液体には溶解しない非溶性の光硬化性樹脂を注入も
しくはコーティングする注型工程と、注入もしくはコー
ティングした該光硬化性樹脂の所望する部分にのみ光を
照射して硬化させる硬化工程と、該可溶性型のみを前記
特定の液体によって溶解する除去工程とを具備すること
を特徴とする。

【００１６】また、上記構造体の製造方法を実施するた
めのこの発明による構造体の製造装置は、可溶性型を装
着し、該可溶性型を光照射位置に対して相対的に移動お
よび／または回転させて位置制御を行なう可溶性型制御
部と、該可溶性型に光硬化性樹脂を注型もしくはコーテ
ィングする注型機構部と、該可溶性型に注型もしくはコ
ーティングされた光硬化性樹脂の所望の箇所に光を照射
する光照射部とを具備することを特徴とする。

【００１７】さらに、この発明の構造体は、光硬化性樹
脂を用いた構造体において、可溶性型に注入または塗布
された光硬化性樹脂を光の部分照射により所望する箇所
のみを硬化させた部分硬化箇所と可溶性型を溶解除去し
た除去箇所とを有することを特徴とする。

【００１８】

【作用】この発明による構造体の製造方法においては、
まず、特定の液体、例えば水や有機溶媒に溶解する材料
で所望の形状の可溶性型を成形する。次に、この可溶性
型に、可溶性型を溶解するために用いる液体には溶解し
ない（すなわち非溶性の）光硬化樹脂を注入もしくはコ
ーティングする。次いで、可溶性型に注入もしくはコー
ティングした光硬化樹脂に、光硬化性樹脂が反応し得る
波長領域の光を所望の部分にのみ照射して硬化させる。
光を照射せずに未硬化のままの光硬化性樹脂は、洗浄等
により除去する。最後に、可溶性型を前記特定の液体で
溶解除去して所望の形状の構造体を得る。

【００１９】また、この発明による構造体の製造装置で
は、可溶性型制御部に装着された所望の形状の可溶性型
に、まず、注型機構部により光硬化性樹脂を注入もしく
はコーティングする。次に、可溶性型制御部により可溶
性型の位置を、また光照射部により光を照射する位置を
それぞれ制御しつつ、可溶性型に注入もしくはコーティ
ングされた光硬化性樹脂の所望の部分のみに光を照射し
て硬化させる。

【００２０】さらに、この発明の構造体は、前記可溶性
型に注入または塗布された光硬化性樹脂に対して光を部
分照射することにより所望の箇所のみを硬化させた部分
硬化箇所と、前記可溶性型を溶解除去した除去箇所とを
有する。

【００２１】

【実施例】以下、この発明を実施例を挙げてより詳細に
説明する。

【００２２】実施例１この発明による構造体の製造方法の一態様のフローチャ
ートを図１に示す。この方法では、まず、可溶性型成形
工程（Ｓ1 ）において、特定の液体に溶解する可溶性の
材料を用いて型（可溶性型）を製造する。ここで用いら
れる材料の例としては、水に溶解して外形が崩れる材料
として岩塩、プレス成形した臭化カリウム、ポリビニル
アルコール等の水溶性樹脂、水溶性の紫外線硬化樹脂な
どを、また有機溶媒に溶解して外形が崩れる材料として
発泡スチロール、ポリスチレン樹脂、セルロース系樹脂
などを挙げることができる。次に、注型工程（Ｓ2 ）に
おいて、工程（Ｓ1 ）において作製した可溶性型に、こ
の可溶性型を溶解し得る液体には溶解しない非溶性の光
硬化性樹脂を注入するか、もしくは型にコーティングす
る。その後、硬化工程（Ｓ3 ）において、型に注入もし
くはコーティングした光硬化性樹脂の所望する箇所のみ
に光硬化性樹脂が反応し得る波長領域の光を照射して、
所望の形状に樹脂を硬化させる。最後に、除去工程（Ｓ
4 ）において、可溶性型を溶解し得る特定の液体を用い
て可溶性型のみを溶解除去し、構造体を得る。ここで可
溶性型の溶解に用いられる液体は、可溶性型の材料に合
わせて水、有機溶媒、あるいはその材料に特定の溶剤な
どを適宜選択する。

【００２３】この方法によれば、型の種類は１つであっ
ても、光を照射する箇所を変えることにより種々の形状
の構造体を製造することが可能となる。また、型から構
造体を取り出すのではなく、型を溶解除去するので、構
造体に応力が加わることがなく、破損や変形の恐れがな
い。

【００２４】次に、この方法を用いた具体的な例につい
て図２を用いて説明する。まず、図２ａに示すように、
板状の支持材51の面上に、特定の液体に可溶の材料から
なる半球状の可溶性型50を設ける。次に、図２ｂに示す
ように、可溶性型50の表面を未硬化の光硬化性樹脂52で
コーティングする。この光硬化性樹脂52は、可溶性型50
が溶解する液体には溶解しない樹脂である。次いで、図
２ｃに示すように、集光したレーザービーム54で走査し
て所望する箇所のみ硬化させ、部分硬化箇所12を形成す
る。その後、不要な未硬化部の光硬化性樹脂53および半
球状の可溶性型50を除去することにより所望の形状の構
造体を得る。

【００２５】この例において、レーザービーム54を照射
する領域を変えて製造した構造体の例を図３に示す。図
３ａおよび３ｂは、いずれも同一の可溶性型50を用いて
製造した構造体を示しており、可溶性型50を溶解除去し
た部分が空孔14を形成している。また、レーザービーム
を照射されなかった部分は未硬化樹脂が除去され、開口
部13が形成されている。このように、同一の可溶性型を
用いても、レーザービームを照射する領域を変化させる
ことにより、異なった形状の種々の構造体を製造するこ
とができる。

【００２６】実施例２この実施例では、特性の異なる部材を具備する構造体を
組立て作業を行なうことなく製造する方法を説明する。
図４はそのフローチャートである。図４に示されるよう
に、この例においても、可溶性型成形工程（Ｓ1 ）から
硬化工程（Ｓ3）までは実施例１と同様に行なうことが
できる。この例においては、硬化工程において所望の領
域を硬化させた後、最初の光硬化性樹脂とは特性が異な
る光硬化性樹脂または粉末混合光硬化性樹脂を再度可溶
性型に注入もしくはコーティングし（注型工程（Ｓ2
））、所望する箇所のみ集光したレーザービームを照
射して硬化させる。必要であれば、この注型工程（Ｓ2
）および硬化工程（Ｓ3 ）をさらに繰り返すこともで
きる。その後、実施例１と同様に、除去工程（Ｓ4 ）に
おいて未硬化の光硬化性樹脂および可溶性型を除去して
構造体を得る。

【００２７】この方法によれば、組立て作業を行なうこ
となく、所望する箇所のみ特性の異なる光硬化性樹脂で
構成された構造体を製造することができ、特に、部品が
小さく組立てが困難なマイクロマシン等の微細構造体の
製造に有用である。

【００２８】この方法を用いた具体的な製造例を図５を
用いて説明する。まず、図５ａに示すように、特定の液
体に溶解する材料からなる円柱状の可溶性型56に棒状支
持材55をインサートし、次いで図５ｂに示すように、可
溶性型56の表面に可溶性型の溶解に用いられる液体には
溶解せず、かつヤング率の低い光硬化性樹脂57をコーテ
ィングし、紫外線を照射することにより硬化させる。そ
の後、図５ｃに示すように、再度注型工程（Ｓ2 ）を行
なって硬化した樹脂58の外周面にヤング率の高い光硬化
性樹脂59をコーティングし、集光したレーザービームで
所望する箇所のみを走査する（硬化工程（Ｓ3 ））。そ
の結果、図５ｄに示すように、コーティングした光硬化
性樹脂に硬化した部分60と未硬化の部分80とが形成され
る。最後に、可溶性型56および光硬化性樹脂の未硬化部
分80を溶解、除去し、図５ｅに示す構造体を得る。な
お、この除去工程において、超音波洗浄器などを用いて
振動を与えることにより可溶性型および光硬化性樹脂の
未硬化部分の除去を容易にし、処理時間を短縮すること
もできる。

【００２９】実施例３この実施例では、所定の位置に部材が接合した構造体を
精密な位置決め操作を必要とせずに製造することが可能
な方法について説明する。図６はそのフローチャートで
ある。図６において、可溶性型成形工程（Ｓ1 ）および
注型工程（Ｓ2）は実施例１と同様に行なうことができ
る。次の硬化工程（Ｓ3 ）には、接合工程（Ｓ5 ）が含
まれる。すなわち、この工程はまず、可溶性型に注入も
しくはコーティングした光硬化性樹脂の所望する箇所に
光を照射して樹脂を硬化させる。次に、型に再度光硬化
性樹脂を注入もしくはコーティングし、所望の箇所に光
を照射した後未硬化樹脂を除去することにより、接合し
ようとする部材の位置決め用の凹部もしくは凸部を形成
する。その後、形成された位置決め用の凹部もしくは凸
部に合わせて部材を接合する。部材を接合した後、必要
に応じて、再度注型工程（Ｓ2 ）および硬化工程（Ｓ3
）を繰り返してもよい。

【００３０】この方法によれば、構造体に部材を接合す
る際に精密な位置決め操作を行なう必要がなく、特に、
部材や構造体自体が小さいマイクロマシン等の製造に有
用である。

【００３１】この方法を用いた具体的な製造例を図７お
よび８を用いて説明する。図７ａないし７ｄに示す工程
は、前記図５ａないし５ｃに示す工程と同じであり、す
なわち、特定の液体に溶解する材料からなる円柱状の可
溶性型56に棒状支持材55をインサートし、型56の表面に
ヤング率の低い光硬化性樹脂57をコーティングし、光を
照射して樹脂を硬化させ、さらに硬化した樹脂58の外周
面にヤング率の高い光硬化性樹脂59をコーティングす
る。次に、集光したレーザービームで所望する箇所のみ
を走査して図７ｅに示すように硬化した部分61を形成す
る（硬化工程（Ｓ3 ））。この例では、実施例２とは異
なり、接合する部材の取り付け位置にあたる部分62には
レーザービームは照射しない。未硬化樹脂を洗浄等によ
って除去して図７ｆに示す状態にした後、図８ａに示す
ように、接合しようとする部材であるワイヤー部材63を
取り付け位置62に配置する。その後、図８ｂに示すよう
に、ヤング率の高い光硬化性樹脂59を再度コーティング
し、集光したレーザービームで所望する箇所のみを走査
して樹脂を硬化させ、未硬化の樹脂を洗浄等により除去
する。その結果を図８ｃに示す。最後に、図８ｄに示す
ように構造体の両端を切断して可溶性型56を露出させ、
型を特定の液体で溶解して（除去工程（Ｓ4 ））図８ｅ
に示す構造体を得る。

【００３２】実施例４図９は、この発明による製造方法に用いられる可溶性型
の具体例を示す斜視図である。

【００３３】図９ａに示す可溶性型は、円筒状の構造体
を製造する場合に用いられ、棒状支持材55の外周面に円
筒状の可溶性型56が設けられている。このような構成を
取ることにより、外力による可溶性型56の変形や破損を
防止することができ、したがって型の寸法を長くし、よ
り寸法の長い円筒状構造体を製造することが可能とな
る。また、この型を製造装置に装着する場合には、棒状
支持材55のみで装置に取り付けることが可能であり、そ
れにより可溶性型を直接締め付けることによる変形や破
損を回避することができる。

【００３４】また、９ｂに示す可溶性型は、半球状の構
造体を製造する場合に用いられ、板上の支持材51とこの
支持材51上に設けられた半球状の可溶性型50とからな
る。支持材51には、さらに、位置決め用の穴65が設けら
れている。このような構成を取ることにより、外力によ
る可溶性型50の変形や破損を防止することができる。ま
た、この型を製造装置に装着する場合には、位置決め用
の穴を利用することにより、装置への固定と位置決めと
を同時に行なうことができる。

【００３５】実施例５この実施例においては、図９ａに示す可溶性型の具体的
な製造方法について説明する。まず、図10ａに示すよう
に、型となるチューブ67に棒状支持材55を挿入する。チ
ューブ67の材質としては、例えば、光を透過するシリコ
ンやテフロンを好適に用いることができる。次いで、図
10ｂに示すように、特定の液体に溶解する未硬化の光硬
化性樹脂68をチューブ67内に充填する。光硬化性樹脂68
としては、例えば、原料とするモノマーが水溶性であ
り、光によって硬化し、かつ硬化物が水に溶解する樹脂
を好適に用いることができる。次に、図10ｃに示すよう
に、チューブ67の外部から、光硬化性樹脂68が反応する
光69、例えば紫外線を照射し、樹脂68を硬化させる。最
後に、チューブ67から硬化物を取り出し、図10ｄに示す
可溶性型を得る。

【００３６】実施例６図９ｂに示す可溶性型は、まず半球状の可溶性型50を作
製し、その後板状の支持材51に接合することにより得る
ことができる。しかしながら、この場合には、半球状の
可溶性型50の位置決め操作が繁雑である。これに対し
て、光造形法を利用して製造することもできる。すなわ
ち、板状の支持材51を位置決め用の穴65を利用して予め
光造形装置に装着し、光造形法により支持材51上に直接
可溶性型を造形すればよい。この方法により製造した可
溶性型を図11に示す。

【００３７】この方法によれば、支持材51と半球状の可
溶性型82との接合工程は必要なく、また、可溶性型の製
造時と構造体の製造時とで同じ位置決め用の穴65を利用
して各々の装置に固定するので、位置決め精度が向上す
る。このため、特に微細な可溶性型の製造に有用であ
る。

【００３８】実施例７この実施例では、光硬化性樹脂として機能性粉体を混合
した樹脂を用いる構造体の製造方法について説明する。
図12はそのフローチャートである。図12において、可溶
性型成形工程（Ｓ1 ）は実施例１と同様に行なうことが
できる。次の注型工程（Ｓ2 ）においては、型に注入も
しくはコーティングする樹脂として光硬化性樹脂と機能
性粉体との混合物である粉体混合光硬化性樹脂を用い
る。光硬化性樹脂と混合する機能性粉体としては、例え
ば、構造用セラミックスである窒化ケイ素系、ＳｉＣ
系、Ｓｉ₃Ｎ₄系、Ｈ−ＢＮ粉末、高純度ホウ化物粉
末、Ａｌ₂Ｏ₃系、ＭｇＯ系、快削性セラミックス、Ｚ
ｒＯ₂系、結晶化ガラスおよびＳＵＳ316 Ｌ、導電性粉
体である金、銀、パラジウム、銅、アルミニウムおよび
ニッケル、圧電性粉体であるチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐ
ＺＴ）、絶縁性粉体であるアルミナ、磁性粉体であるフ
ェライト系、Ｎｄ系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系、Ｎｄ−Ｆｅ−
Ｂ系またはＳｍ−Ｃｏ系を挙げることができ、さらにガ
ラス繊維、炭素線維、セラミックス繊維、ウィスカー、
有機高性能繊維であるアラミド繊維、液晶ポリマー繊維
または超高分子量ポリエチレンなどを用いることもでき
る。次いで、硬化工程（Ｓ3 ）において型に注入もしく
はコーティングした粉体混合光硬化性樹脂の所望の箇所
に光を照射して硬化させ、除去工程（Ｓ4 ）において未
硬化の樹脂を洗浄等により除去し、また可溶性型を特定
の液体で溶解除去する。次に、脱脂工程（Ｓ6 ）におい
て、硬化した粉体混合光硬化性樹脂から、例えば加熱す
ることにより樹脂成分のみを除去して機能性粉体からな
る構造体を得る。この過熱処理は樹脂によって異なる
が、アクリル系の樹脂の場合には、通常 350℃ないし 6
00℃の温度で 8ないし72時間程度行なう。最後に、機能
性粉体が焼結可能であるならば、焼結工程（Ｓ7 ）にお
いて、機能性粉体からなる構造体を高温に加熱して焼結
させる。この過熱処理は、用いる機能性粉体により異な
るが、例えば機能性粉体がアルミナである場合には、12
50℃ないし2200℃の温度で 1ないし 4時間程度行なえば
よい。

【００３９】より具体的には、例えば、実施例１におい
て図２を用いて具体的に説明した方法において、注型工
程（Ｓ2 ）で型に注入もしくはコーティングされる光硬
化性樹脂を、この実施例における粉体混合光硬化性樹脂
に変更し、除去工程（Ｓ4 ）を経て粉体混合光硬化性樹
脂からなる構造体を得た後、脱脂工程（Ｓ6 ）において
樹脂成分を除去し、焼結工程（Ｓ7 ）において焼結する
ことにより機能性粉体からなる構造体を得ることができ
る。この方法により得られる構造体を図13に示す。実施
例１と同様に、光を照射した箇所が部分硬化箇所84とし
て構造体を形成し、光を照射しない箇所は除去されて開
口部13を形成している。図13ａおよび13ｂを比較すると
明らかなように、この方法によれば、同一の可溶性型を
用いても、光を照射する領域を変えることにより、機能
性粉体からなる異なる形状の構造体を製造することがで
きる。また、焼結前の粉体混合光硬化性樹脂からなる構
造体に応力をかけることなく可溶性型を除去することが
できるため、構造体の変形や損傷を免れることができ
る。さらに、機能性粉体として圧電性粉体や磁性粉体を
用いた場合には焼結体が圧電性や磁性を有することとな
り、すなわち圧電機能や磁性機能を有する構造体を製造
することが可能になるため、この方法をセンサやアクチ
ュエータの製造に適用することもできる。

【００４０】実施例８図14に、前述のこの発明による構造体の製造方法を実施
するための製造装置の一具体例を模式的に示す。この装
置の底部には、可溶性型を固定するための可溶性型固定
台 109が設けられたアクチュエータ 110が設置されてい
る。この可溶性型固定台 109は、アクチュエータ 110に
よりＸ−Ｙ方向（水平方向）に移動可能であり、これに
より可溶性型固定台 109に固定される可溶型のＸ−Ｙ方
向の位置が制御される。アクチュエータ 110の上方に
は、光硬化性樹脂もしくは粉体混合光硬化性樹脂を収容
する圧力タンク 101とレーザー出射部 114とを保持する
保持部材 115が、レール 112上に移動可能に設けられた
アクチュエータ 111に固定されている。圧力タンク 101
は、タンク内部に収容された樹脂の流出、噴出または塗
布、あるいはそれらの組み合わせを自在に行なうことが
できるノズル 102を有している。また、レーザー出射部
114は、導光体 106を介してレーザー光源 107に接続し
ている。保持部材 115は、アクチュエータ 111により水
平方向および上下方向に自在に移動可能であり、これに
より保持部材 115が保持する圧力タンク101のノズル 10
2およびレーザー出射部 114のＸ−Ｙ−Ｚ方向の位置が
制御される。アクチュエータ 110および 111は、各々制
御システム 104により制御される。

【００４１】この装置を用いて構造体を製造するには、
まず、製造しようとする構造体の形状データを制御シス
テム 104に入力する。次に、可溶性型50が接合された板
状の支持材51を、支持材51に設けられた位置決め用の穴
を利用して位置固定台 109に固定し、圧力タンク 101か
らノズル 102を介して（粉体混合）可溶性型50を光硬化
性樹脂でコーティングする。その後、制御システム 104
に入力した形状データに基づいてアクチュエータ 110お
よび 111を作働させて可溶性型50およびレーザー出射部
114を所定の位置に移動させつつ、光硬化性樹脂53の所
望の箇所に集光したレーザービーム54を照射して硬化さ
せる。その後、必要であれば、同一特性もしくは異なる
特性の光硬化性樹脂をコーティングし、同様に制御シス
テムの制御の下でレーザービームを照射して硬化させ
る。

【００４２】この装置は、上記実施例１に示すように、
板状支持材上に形成される可溶性型を用いる方法におい
て特に好適に使用することができる。また、制御システ
ムに入力するデータを変えるだけで任意の所望する位置
にレーザービームを照射することができるので、多品種
少量生産に有用である。

【００４３】実施例９図15に、この発明による構造体の製造方法を実施するた
めの製造装置の別の具体例を模式的に示す。この装置の
底部には、それぞれベアリング 121によって支持される
一対の棒ジョイント 118が設けられ、うち一方の棒ジョ
イントは回転駆動装置 113に接続し、駆動回転可能とな
っている。構造体の製造に用いられる可溶性型は、この
一対の棒ジョイント 118の間に保持される。この棒ジョ
イント 118の上方には、光硬化性樹脂もしくは粉体混合
光硬化性樹脂を収容する圧力タンク 101とレーザー出射
部 114とを保持する保持部材 115が、レール 120上に移
動可能に設けられたアクチュエータ 119に固定されてい
る。圧力タンク 101は、タンク内部に収容された樹脂の
流出、噴出または塗布、あるいはそれらの組み合わせを
自在に行なうことができるノズル 102を有している。ま
た、レーザー出射部114は、導光体 106を介してレーザ
ー光源 107に接続している。保持部材 115は、アクチュ
エータ 119により水平方向に自在に移動可能であり、こ
れにより保持部材 115が保持する圧力タンク 101のノズ
ル 102およびレーザー出射部 114のＸ−Ｙ−Ｚ方向の位
置が制御される。アクチュエータ 110および 111、並び
に回転駆動装置 113は、各々制御システム 104により制
御される。

【００４４】この装置を用いて構造体を製造するには、
まず、製造しようとする構造体の形状データを制御シス
テム 104に入力する。次に、棒状支持材55をインサート
した円柱状の可溶性型56を、棒状支持材55の両端をそれ
ぞれ棒ジョイント 118に接続することにより固定する。
これにより、可溶性型56を回転駆動装置 113により駆動
回転することが可能となる。次いで、圧力タンク 101か
らノズル 102を介して可溶性型56の外周面に光硬化性樹
脂（もしくは粉体混合光硬化性樹脂）59をコーティング
し、所望の箇所にレーザー出射部 114から集光したレー
ザービーム54を照射して硬化部分60を形成させる。この
際、レーザー出射部 114がレーザービーム照射に最適の
位置に来るように、制御システム 104に入力されたデー
タに基づいて、保持部材 115のＸ−Ｙ方向の移動、アク
チュエータ 119のレ−ル 120に沿う移動、並びに回転駆
動装置 113の回転を制御する。その後、必要に応じて、
さらに同一特性もしくは異なる特性の光硬化性樹脂をコ
ーティングし、同様に制御システムの制御の下でレーザ
ービームを照射して硬化させることもできる。

【００４５】この装置は、上記実施例２に示すように、
円筒状の可溶性型を用いる方法において特に好適に使用
することができる。また、制御システムに入力するデー
タを変えるだけで任意の所望する位置にレーザービーム
を照射することができるので、多品種少量生産に有用で
ある。

【００４６】実施例10 図16に、この発明による構造体の製造方法を実施するた
めの製造装置のさらに別の具体例を模式的に示す。この
装置の内部は、その上部と下部とが隔壁 140によって分
離されている。装置の下部には、上記実施例９と同様
に、各々ベアリング 121によって支持される一対の棒ジ
ョイント 118が設けられ、一方の棒ジョイントはさらに
回転駆動装置 113に接続されて駆動回転可能となってい
る。構造体の製造に用いられる可溶性型はこの一対の棒
ジョイント 118の間に保持される。この棒ジョイント 1
18の上方には、ノズル 102を備えたアクチュエータ 136
がレール 137にＸ方向に移動可能に取り付けられてい
る。ノズル 102は、チューブ 138によって装置上部に設
けられた、光硬化性樹脂もしくは粉末混合光硬化性樹脂
を収容する圧力タンク 101に接続され、かつアクチュエ
ータ 136によりＸ−Ｙ方向に自在に移動可能である。

【００４７】隔壁 140は装置内部を上部と下部とに分離
するが、可溶性型が保持される部位の上方に当る位置に
は開口部が設けられており、この開口部を覆うようにマ
スク132がアクチュエータ 135によりＸ方向に移動可能
に、かつ脱着自在に保持されている。このマスク 132に
は、所定のパターンの光透過部 133が設けられており、
パターンの通りに光を透過する。マスク 132の上方、す
なわち隔壁 140の開口部の上方にはハウジング 141が設
けられ、その内部には、光源 130とこの光源から放射さ
れる光を平行光線にする光学系 131が設けられている。
すなわち、光源130から放射された光は、光学系 131に
よって平行光線となり、この平行光線はマスク 132を透
過して可溶性型に到達する。光源 130としては、紫外線
ランプが好ましく用いられる。アクチュエータ 135およ
び 136、並びに回転駆動装置 113は、各々制御システム
104によって制御される。

【００４８】この装置を用いて構造体を製造するには、
まず、製造しようとする構造体の形状データを制御シス
テム 104に入力する。次に、棒状支持材55をインサート
した円柱状の可溶性型56を、棒状支持材55の両端をそれ
ぞれ棒ジョイント 118に接続することにより固定する。
これにより、可溶性型56を回転駆動装置 113により駆動
回転することが可能となる。次いで、圧力タンク 101か
らノズル 102を介して可溶性型56の外周面に光硬化性樹
脂（もしくは粉体混合光硬化性樹脂）59をコーティング
した後、光源 130から光を放射する。光源 130から放射
された光は光学系 131により平行光線 134となり、マス
ク 132の光透過部 133を透過して可溶性型56の外周面に
コーティングされた光硬化性樹脂59を照射し、マスク 1
32に形成されたパターン通りの硬化部60を形成する。こ
の際、光が光硬化性樹脂59の所望の箇所に照射されるよ
うに、入力された形状データに基づき制御システム 104
によってアクチュエータ 135および回転駆動装置 113を
制御する。その後、必要であれば、同一特性もしくは異
なる特性の光硬化性樹脂をコーティングし、同様に制御
システムの制御の下で光を照射して硬化させる。

【００４９】この装置は、上記実施例２に示すように、
円筒状の可溶性型を用いる方法において特に好適に使用
することができる。また、マスク 132を用いて一度に複
数箇所を硬化させることが可能であるため、大量生産に
有用である。

【００５０】実施例11 この発明による構造体の具体例を図17に示す。図17ａに
示すように、この構造体は、貫通孔 152を有する、円筒
状のヤング率の低い光硬化性樹脂硬化部 150とこの光硬
化性樹脂硬化部 150の外周面を部分的に被覆する硬化し
たヤング率の高い光硬化性樹脂硬化部 151とを具備す
る。この構造体は、例えば、図15に示す装置を用いて、
実施例２において説明した方法により製造することがで
きる。

【００５１】図17ａに示す構造体に外部から力 153を加
えた場合、ヤング率の低い光硬化性樹脂硬化部 150が弾
性変形し、図17ｂに示す形態に変形する。このように部
分的に変形する構造体は、例えば、マイクロマシン等の
微細な可動機構や内視鏡、処置具等の医療器具の骨格構
造体として好適に用いることができる。

【００５２】図17に示す構造体の変形例を図18に示す。
図18ａに示すように、この構造体は、貫通孔 152を有す
る、円筒状のヤング率の低い光硬化性樹脂硬化部 150、
この光硬化性樹脂硬化部 150の外周面を部分的に被覆す
る硬化したヤング率の高い光硬化性樹脂硬化部 151、お
よび光硬化性樹脂硬化部 151によって被覆されていない
光硬化性樹脂硬化部 150に対向して形成された一対の開
口部 154を具備する。この構造体もまた、例えば、図15
に示す装置を用いて、実施例２において説明した方法に
より製造することができる。

【００５３】図18ａに示す構造体は、外部から加わる力
の方向により変形のし易さが異なる。すなわち、図18ｂ
に示すように、一対の開口部 154が対向する方向に力が
加えられた場合には、それ以外の方向に力が加えられた
場合よりも容易に変形する。したがって、このような構
造をとることにより、構造体の変形の方向性を制御する
ことができる。

【００５４】実施例12 この発明による構造体の他の具体例を図19に示す。図19
ａに示すように、この構造体は、貫通孔 152を有する、
円筒状のヤング率の低い光硬化性樹脂硬化部 150、この
光硬化性樹脂硬化部 150の外周面を部分的に被覆する硬
化したヤング率の高い光硬化性樹脂硬化部 151、および
その両端が光硬化性樹脂硬化部 151に接合されたスプリ
ング 155を具備する。この構造体は、例えば、図15に示
す装置を用いて、実施例３において説明した方法により
製造することができる。すなわち、実施例３における具
体例で用いられるワイヤー部材63の代わりに、スプリン
グ155を用いればよい。

【００５５】図19ａに示す構造体に外部から力 153を加
えた場合、ヤング率の低い光硬化性樹脂硬化部 150が弾
性変形し、図19ｂに示す形態に変形する。このような構
造体もまた、例えば、マイクロマシン等の微細な可動機
構や内視鏡、処置具等の医療器具の骨格構造体として好
適に用いることができる。しかもこの構造体は、スプリ
ング 155が、光硬化性樹脂硬化部 150が弾性変形の際に
潰れたり、亀裂が生じて破断した場合に脱落したりする
のを防止するため、より安全に用いることができる。

【００５６】図19に示す構造体の変形例を図20に示す。
図20ａに示すように、この構造体は貫通孔 152を有す
る、円筒状のヤング率の低い光硬化性樹脂硬化部 150、
この光硬化性樹脂硬化部 150の外周面を部分的に被覆す
る硬化したヤング率の高い光硬化性樹脂硬化部 151、お
よびその両端が光硬化性樹脂硬化部 151に接合されたワ
イヤー部材63を具備する。この構造体もまた、例えば、
図15に示す装置を用いて、実施例３において説明した方
法により製造することができる。

【００５７】図20ａに示す構造体に外部から力 153を加
えた場合、ヤング率の低い光硬化性樹脂硬化部 150が弾
性変形し、図20ｂに示す形態に変形する。この際、光硬
化性樹脂硬化部 150の変形はワイヤー部材63により限定
され、水平方向の伸びを防止することができる。また、
ワイヤー部材63により、光硬化性樹脂硬化部 150に亀裂
が生じ、破断したとしても、脱落を防止することもでき
る。

【００５８】図20ａに示す構造体において、ワイヤー部
材63を導線とし、ヤング率の高い光硬化性樹脂の代わり
に圧電性粉体が混合された粉体混合光硬化性樹脂を用い
て光硬化性樹脂硬化部 150の外周面に硬化部 151を設け
た場合には、導線に通電することにより粉体混合光硬化
性樹脂の硬化部が振動する。すなわち、アクチュエータ
を有する構造体を得ることができる。同様に、ワイヤー
部材63として形状記憶合金のワイヤーを用いることによ
っても、アクチュエータを有する構造体が得られる。す
なわち、通電加熱することにより形状記憶合金のワイヤ
ーを収縮させ、光硬化性樹脂硬化部 150を屈曲させるこ
とができる。

【００５９】実施例13 この発明による構造体のさらに別の具体例を図21に示
す。図21ａに示すように、この構造体は円筒状の焼結体
200と、その両端が焼結体 200に接続された複数のワイ
ヤー部材 201を具備する。このワイヤー部材 201には、
焼結体 200の焼結温度においても溶融しない耐熱性材
料、例えばタングステンワイヤーが用いられる。この構
造体は、例えば、図15に示す装置を用いて、実施例７に
おいて説明した方法によって製造することができる。

【００６０】図21ａに示す構造体に外部から力 153を加
えた場合、ワイヤー部材 201が変形し、図21ｂに示す形
態に変形する。このような構造体もまた、例えば、マイ
クロマシン等の微細な可動機構や内視鏡、処置具等の医
療器具の骨格構造体として好適に用いることができる
が、特に、樹脂からなる構造体とは異なり、耐熱性に優
れた可動機構や骨格構造体となり得る。

【００６１】以下に、この発明およびその実施態様を整
理し、列挙する。

【００６２】(1) 特定の液体に溶解する可溶性の型を成
形する可溶性型成形工程と、該可溶性型に該可溶性型を
溶解する液体には溶解しない非溶性の光硬化性樹脂を注
入もしくはコーティングする注型工程と、注入もしくは
コーティングした該光硬化性樹脂の所望する部分にのみ
光を照射して硬化させる硬化工程と、該可溶性型のみを
前記特定の液体によって溶解する除去工程とを具備する
構造体の製造方法。この製造方法においては、まず、特
定の液体、例えば水や有機溶媒に溶解する材料で所望の
形状の可溶性型を成形する。次に、この可溶性型に、可
溶性型を溶解するために用いる液体には溶解しない（す
なわち非溶性の）光硬化樹脂を注入もしくはコーティン
グする。次いで、可溶性型に注入もしくはコーティング
した光硬化樹脂に、光硬化性樹脂が反応し得る波長領域
の光を所望の部分にのみ照射して硬化させる。光を照射
せずに未硬化のままの光硬化性樹脂は、洗浄等により除
去する。最後に、可溶性型を前記特定の液体で溶解除去
して所望の形状の構造体を得る。このように、硬化樹脂
層を積層して立体構造を形成するのではなく、型を用い
て一体に成形するため、剥離の原因となる積層間の段差
がない。また、型として可溶性の型を用い、特定の液体
で型を溶解して除去するため、可溶性型の面が複雑な形
状をしていても構造体を変形させたり破損したりするこ
となく容易に取り出すことができる。さらに、光を照射
する領域を変えることにより、１種類の可溶性型で多種
類の構造体を製造することができる。

【００６３】(2) 前記可溶性型成形工程において可溶性
型に支持材がインサートまたは接合される前記 (1)記載
の製造方法。この方法では、可溶性型にインサートまた
は接合した支持材を用いて可溶性型を製造装置に装着す
る。これにより、可溶性型を装置に装着する際の可溶性
型の変形や破損を防止し、ひいては製造される構造体の
変形を防止し、可溶性型の歩留まりを向上させる。ま
た、可溶性型の装置への装着および位置決めが容易にな
る。

【００６４】(3) 前記支持材が、構造体の製造装置に取
り付け可能な取り付け箇所を有するワイヤー状もしくは
棒状形態である前記 (2)記載の製造方法。この方法で
は、可溶性型がワイヤー状もしくは棒状の支持材の周囲
に形成され、光硬化性樹脂は可溶性型の外周面にコーテ
ィングされる。可溶性型にワイヤー状もしくは棒状の支
持材がインサートされていることにより、可溶性型がそ
れ自身の重量で変形したり破損したりすることがなくな
る。また、支持材がインサートされる分可溶性型の体積
が減少し、溶解時間を短縮することができる。

【００６５】(4) 前記支持材が、構造体の製造装置に取
り付け可能な取り付け箇所を有する板状形態であり、前
記可溶性型が該板状支持材の表面に接合されている前記
(2)記載の製造方法。この方法では、板状の支持材の表
面に可溶性型を接合する。これにより、可溶性型の自重
による変形や破損が防止され、また製造装置への装着が
容易になって安定に固定される。さらに、可溶性型が光
造形法により造形される場合には、板状の支持体上に直
接造形することにより、精密な位置決め作業を必要とす
る接合工程を必要とすることなく精度のよい型を得るこ
とができる。

【００６６】(5) 前記可溶性型が光を透過する光硬化性
樹脂からなる前記 (1)記載の製造方法。この方法では、
可溶性型を光を透過し得る光硬化性樹脂で造形する。こ
れにより、可溶性型の濡れ性が高くなり、構造体の材料
である光硬化性樹脂を均一に注入もしくはコーティング
することが可能となる。したがって、製造される構造体
の寸法精度のばらつきが低減する。また、光照射の際に
微小のビーム径の光を用いても、可溶性型と構造体の材
料である光硬化性樹脂との界面で乱反射が起こると光が
広がって微細部分の加工が困難であるが、光を透過する
可溶性型を用いることにより、可溶性型と構造体の原料
である光硬化性樹脂との界面における乱反射を低減する
ことができ、微細な加工を容易に行なうことが可能であ
る。

【００６７】(6) 前記可溶性型成形工程（Ｓ1 ）におい
て、光硬化性樹脂に光を照射して光硬化層を形成し、該
光硬化層を複数層積層して所望の形状の三次元構造体で
ある可溶性型を造形する前記 (5)記載の製造方法。この
方法では、可溶性型を光造形法により造形する。これに
より、寸法精度の高い可溶性型を得ることができ、ひい
ては構造体の寸法精度も向上させることができる。

【００６８】(7) 前記可溶性型成形工程（Ｓ1 ）におい
て、光を透過する型に光硬化性樹脂を注入し、光を照射
して硬化させた後該型から取り出すことにより可溶性型
を製造する前記 (1)記載の製造方法。この方法では、光
を透過する型に光硬化性樹脂を注入し、型の外部から光
を照射させることにより硬化させて可溶性型を造形す
る。これにより、光学的造形装置を必要とせずに、剥離
の原因となる段差のない可溶性型を高い寸法精度で造形
することができる。

【００６９】(8）前記硬化工程（Ｓ3 ）の後、さらに、
前記可溶性型に前記光硬化性樹脂とは特性の異なる光硬
化性樹脂を注入もしくはコーティングする注型工程（Ｓ
2 ）と、注入もしくはコーティングされた光硬化性樹脂
の所望の部分にのみ光を照射して硬化させる硬化工程
（Ｓ3 ）とを行なう前記 (1)記載の製造方法。この方法
では、硬化工程を経て一度構造体を製造した後、特性の
異なる光硬化性樹脂を再度注入もしくはコーティング
し、所望の箇所に光を照射して硬化させ、部分的に異な
る特性を有する構造体を製造する。これにより、複数の
特性の異なる部分を具備する構造体を組み立て作業を必
要とせずに製造することができ、特に微細な構造体の製
造に有用である。

【００７０】(9) 前記特性の異なる光硬化性樹脂が、前
記可溶性型が溶解する特定の液体には溶解せず、かつヤ
ング率が異なる光硬化性樹脂である前記 (8)記載の製造
方法。この方法では、硬化工程を経て一度構造体を製造
した後、この構造体に用いられる光硬化性樹脂とはヤン
グ率の異なる光硬化性樹脂を再度注入もしくはコーティ
ングし、所望の箇所に光を照射して硬化させ、部分的に
異なるヤング率を有する構造体を製造する。これによ
り、構造体に外部から力が加わった場合に、相対的にヤ
ング率が低い部分が優先的に変形する。すなわち、繁雑
な組み立て作業を必要とせずに、部分的に変形する構造
体を製造することが可能となる。

【００７１】(10)前記硬化工程（Ｓ3 ）が、光硬化性樹
脂の硬化後、該光硬化性樹脂以外の他の部材を接合する
接合工程（Ｓ5 ）を包含する前記 (1)記載の製造方法。
この方法では、硬化工程において、構造体を形成する光
硬化性樹脂以外の部材を構造体に接合する。これによ
り、構造体を形成する光硬化性樹脂では形成できない部
材、例えば、アクチュエータ、センサー、補強部材等を
接合することが可能となり、構造体に付加機能を付ける
ことができる。また、これらの光硬化性樹脂以外の部材
を埋め込みにより接合すると、部材全体に樹脂が付着し
機能が低下する恐れがある。この方法によると、部材の
一部のみを接合し、他の部分を樹脂を付着させることな
く外部に露出させることが可能となり、部材の機能が低
下する恐れがない。

【００７２】(11)前記接合工程（Ｓ5 ）を、接合しよう
とする部材を所望の位置に容易に接合できるように、該
部材を接合しようとする構造体に該部材を位置決めする
ための凹部もしくは凸部を部分的に光照射して成形した
後に行なう前記(10)に記載の製造方法。この方法では、
光硬化性樹脂以外の他の部材を接合しようとする位置
に、予め部材の位置決めのための凹部もしくは凸部を成
形し、この部分を利用して接合しようとする部材を配置
する。部材の位置決めのための凹部もしくは凸部は、構
造体の他の部分と同様に光を照射する位置を制御するこ
とにより高い精度で形成することができる。したがっ
て、この方法によると、精密な位置決め操作を必要とせ
ずに、高い精度で部材を接合することができる。したが
って、マイクロマシン等の微細な構造体に部材を接合す
る場合に特に有用である。

【００７３】(12)前記他の部材がアクチュエータもしく
はセンサー部材である前記(10)に記載の製造方法。この
方法では、アクチュエータもしくはセンサー部材を構造
体に接合する。これにより、構造体にアクチュエータも
しくはセンサーの機能を付加することができる。

【００７４】(13)前記他の部材が形状記憶合金である前
記(10)に記載の製造方法。この方法では、構造体に形状
記憶合金を接合する。接合した形状記憶合金はアクチュ
エータまたはセンサーとして機能し、これらの機能を構
造体に付加することができる。

【００７５】(14)前記他の部材が圧電体である前記(10)
に記載の製造方法。この方法では、構造体に圧電体を接
合する。接合した圧電体はアクチュエータまたはセンサ
ーとして機能し、これらの機能を構造体に付加すること
ができる。

【００７６】(15)前記他の部材が磁性体である前記(10)
に記載の製造方法。この方法では、構造体に磁性体を接
合する。接合した磁性体はアクチュエータまたはセンサ
ーとして機能し、これらの機能を構造体に付加すること
ができる。

【００７７】(16)前記他の部材がワイヤーである前記(1
0)に記載の製造方法。この方法では、構造体にワイヤー
を接合する。これにより、構造体を補強し、さらに構造
体が破損した場合、その脱落を阻止することができる。

【００７８】(17)前記他の部材がコイルである前記(10)
に記載の製造方法。この方法では、構造体にコイルを接
合する。これにより、構造体の変形を防止し、さらに構
造体が破損した場合にその脱落を阻止することができ
る。

【００７９】(18)前記注型工程（Ｓ2 ）において、硬化
前の光硬化性樹脂に機能性粉体を混合して粉体混合光硬
化性樹脂を調製する前記 (1)記載の製造方法。この方法
では、可溶性型に注入もしくはコーティングする光硬化
性樹脂として、機能性粉体を混合した粉体混合光硬化性
樹脂を用いて構造体を製造する。これにより、所望する
箇所に機能性粉体を配置することが可能となり、構造体
に特定の機能、例えば、アクチュエータやセンサーの機
能を付与することができる。

【００８０】(19)前記機能性粉体が導電性粉体である前
記(18)に記載の製造方法。この方法では機能性粉体とし
て導電性粉体を用いて構造体を製造する。これにより、
構造体の所望の箇所に導電性を付与することができ、例
えば、組み立て操作を必要とせずに所望の箇所に電極を
配置することが可能となる。

【００８１】(20)前記機能性粉体が圧電性粉体である前
記(18)に記載の製造方法。この方法では機能性粉体とし
て圧電性粉体を用いて構造体を製造する。これにより、
構造体の所望の箇所に、例えばアクチュエータやセンサ
ーとして機能する圧電性の構造部を組み立て作業を必要
とせずに形成することが可能となる。

【００８２】(21)前記機能性粉体が磁性粉体である前記
(18)に記載の製造方法。この方法では機能性粉体として
磁性粉体を用いて構造体を製造する。これにより、構造
体の所望の箇所に、例えばアクチュエータやセンサーと
して機能する磁性体の構造部を組み立て作業を必要とせ
ずに形成することが可能となる。

【００８３】(22)前記機能性粉体が繊維状である前記(1
8)に記載の製造方法。この方法では、繊維状の機能性粉
体を用いて構造体を製造する。これにより、構造体の所
望の箇所に繊維状の機能性粉体を配置し、補強を行なう
ことができる。

【００８４】(23)前記機能性粉体が焼結可能な粉末であ
り、かつ前記除去工程（Ｓ4 ）の後に、硬化後の粉末混
合光硬化性樹脂の樹脂成分を除去する脱脂工程（Ｓ6 ）
と、機能性粉体を焼結する焼結工程（Ｓ7 ）とをさらに
具備する前記(18)に記載の製造方法。この方法では、機
能性粉体として焼結可能な粉体を用い、さらに、製造さ
れた構造体から樹脂成分を除去して機能性粉体からなる
構造体を得る。その後、機能性粉体からなる構造体を焼
結して焼結構造体を得る。これにより、強度の高い焼結
体からなる構造体を得ることができる。

【００８５】(24)可溶性型を装着し、該可溶性型を光照
射位置に対して相対的に移動および／または回転させて
位置制御を行なう可溶性型制御部と、該可溶性型に光硬
化性樹脂を注型もしくはコーティングする注型機構部
と、該可溶性型に注型もしくはコーティングされた光硬
化性樹脂の所望の箇所に光を照射する光照射部とを具備
する構造体の製造装置。この製造装置では、可溶性型制
御部に装着された所望の形状の可溶性型に、まず、注型
機構部により光硬化性樹脂を注入もしくはコーティング
する。次に、可溶性型制御部により可溶性型の位置を、
また光照射部により光を照射する位置をそれぞれ制御し
つつ、可溶性型に注入もしくはコーティングされた光硬
化性樹脂の所望の部分のみに光を照射して硬化させる。
このように、可溶性型制御部が可溶性型の位置を、光照
射部が光照射する位置をそれぞれ制御することにより、
可溶性型に注入もしくはコーティングされた光硬化性樹
脂の所望の箇所にのみ光を照射して硬化させる。したが
って、各々の制御を変更することにより、１種類の型で
あっても多種類の構造体を製造することができる。

【００８６】(25)前記可溶性型制御部が、可溶性型を水
平方向に移動させることにより位置制御を行なう前記(2
4)記載の製造装置。この製造装置は、可溶性型を水平方
向に移動することにより可溶性型の位置を制御し、所望
の箇所に光照射を行なう。この装置は、全ての照射すべ
き部位が光照射部から一望できる構造体、例えば袋状の
構造体の製造に適している。

【００８７】(26)前記可溶性型制御部が、可溶性型の水
平方向への移動および／または回転により位置制御を行
なう前記(24)記載の製造装置。この製造装置は、可溶性
型を水平方向に移動し、および／または回転させること
により可溶性型の位置を制御し、所望の箇所に光照射を
行なう。この装置は、全ての照射すべき部位が光照射部
からは一望できない構造体、例えば円筒状の構造体の製
造に適している。

【００８８】(27)前記注型機構部が、光硬化性樹脂を流
出する機構を有する前記(24)記載の製造装置。この製造
装置では、光硬化性樹脂を流出する機構により光硬化性
樹脂の可溶性型への注入もしくはコーティングを行な
う。これにより、光硬化性樹脂を飛び散らすことなく可
溶性型の必要な箇所に付着させることができる。また、
注入時のエアーの巻き込みによる気泡の発生や異物の混
入を防止することができる。

【００８９】(28)前記注型機構部が、光硬化性樹脂を噴
出する機構を有する前記(24)記載の製造装置。この製造
装置では、光硬化性樹脂を噴出する機構により光硬化性
樹脂の可溶性型への注入もしくはコーティングを行な
う。これにより、光硬化性樹脂を可溶性型に均一な厚さ
で付着させることができ、構造体の厚さが不均一になる
のを防止することができる。

【００９０】(29)前記注型機構部が、光硬化性樹脂を塗
布する機構を有する前記(24)記載の製造装置。この製造
装置では、光硬化性樹脂を塗布する機構により光硬化性
樹脂の可溶性型への注入もしくはコーティングを行な
う。これにより、光硬化性樹脂を可溶性型に均一な厚さ
で付着させることができ、構造体の厚さが不均一になる
のを防止することができる。

【００９１】(30)前記光照射部が、レーザー走査機構を
有する前記(24)記載の製造装置。この製造装置は、光照
射部としてレーザー走査機構を有し、可溶性型に付着し
た光硬化性樹脂の所望の箇所にのみレーザー走査を行な
う。このレーザー走査は、製造しようとする構造体の形
状データに基づいて行なうことができ、データを変える
ことにより構造体の形状を容易に変更することができ
る。したがって、多品種少量生産に有用な装置である。

【００９２】(31)前記光照射部が、光源とマスクとを有
する前記(24)記載の製造装置。この製造装置は、光照射
部として光源および所望のパターンを有するマスクを具
備し、可溶性型に付着した光硬化性樹脂にマスクのパタ
ーンに基づいて光を照射する。この装置は、同時に複数
の部分を照射することができるので、大量生産に適した
装置である。

【００９３】(32)光硬化性樹脂を用いた構造体におい
て、可溶性型に注入または塗布された光硬化性樹脂を光
の部分照射により所望する箇所のみを硬化させた部分硬
化箇所と可溶性型を溶解除去した除去箇所とを有する光
硬化性樹脂を用いた構造体。この構造体は、可溶性型を
使用して光硬化性樹脂を光照射により部分硬化させて成
形した構造体であり、型を用いずに光照射のみによって
成形・積層する光造形法による構造体とは異なり、積層
段差や積層歪みのない均質な三次元構造を有する。

【００９４】(33)特性が異なる複数の光硬化性樹脂の硬
化部を有する前記(32)記載の構造体。この構造体は、部
分的に異なる特性の光硬化性樹脂の硬化部が配置されて
いる。このため、外部からの作用に対して部分的に異な
る応答を示す。

【００９５】(34)前記特性がヤング率である前記 (33)
に記載の構造体。この構造体は、部分的にヤング率が異
なる光硬化性樹脂の硬化部が配置されている。このた
め、外部から力が加わった場合には、ヤング率の低い部
分が優先的に変形し、すなわち、部分的な変形が生じ
る。

【００９６】(35)ヤング率の小さい光硬化性樹脂の円筒
状の硬化部と、該円筒状の硬化部の外周面もしくは内周
面に接し、かつ長手方向に所定の間隔を設けて配置され
るヤング率の大きい光硬化性樹脂の円筒状の硬化部とを
具備する前記 (34) に記載の構造体。この構造体は、円
筒状であり、その長手方向に沿ってヤング率の大きい部
分と小さい部分とが交互に配置されている。この構造体
に外部から力が加わると、ヤング率の小さい部分でのみ
変形が起こり、その結果、構造体全体が屈曲する。この
構造体は、管状の屈曲性の器具、例えば内視鏡の骨格構
造体として有用である。

【００９７】(36)前記光硬化性樹脂に機能性粉体が混合
されている前記(32)または(33)に記載の構造体。この構
造体は、構造体を構成する光硬化性樹脂が機能性粉体を
含有する。このため、構造体全体もしくはその一部に特
定の機能が付与されている。

【００９８】(37)光硬化性樹脂以外の他の部材が接合さ
れている前記(32)記載の構造体。この構造体には、構造
体を構成する光硬化性樹脂以外の他の部材が接合されて
いる。この光硬化性樹脂以外の他の部材は、構造体に特
定の機能を付与する。

【００９９】(38)中空構造体である前記(32)記載の構造
体。この構造体は、中空であることにより、微細な構造
物を覆うシールド用の構造体を製造するのに有効であ
る。

【０１００】(39)円筒状構造体である前記 (38) に記載
の構造体。この構造体は、円筒状であることにより、医
療用の処置具や内視鏡のように、中空部に光ファイバー
等を通したり、Ｘ線の造影剤等を送り込むことができ
る。

【０１０１】(40)焼結可能な粉体が混合された光硬化性
樹脂を用いて製造された前記(32)に記載の構造体を焼結
することにより得られる焼結構造体。この焼結構造体
は、焼結可能な粉体を含有する粉体混合光硬化性樹脂を
成形し、樹脂成分を除去した後に焼結することにより得
られ、強度が高く、耐熱性が高い。

【０１０２】(41)複数の焼結体と、該焼結体に一体に形
成され、該焼結体間を連結するジョイント部材とを具備
する前記(40)に記載の焼結構造体。この焼結構造体は、
複数の焼結体が、各々の焼結体に一体に形成されている
ジョイント部材によって連結している。このように複数
の焼結体をジョイント部材で連結することにより、複数
の焼結体間を可動な状態で連結することができ、内視鏡
などの管状連結構造体として用いることが可能となる。

【０１０３】(42)ジョイント部材がワイヤーである前記
(41) に記載の焼結構造体。この焼結構造体は、複数の
焼結体が、各々の焼結体に一体に形成されたワイヤーに
よって連結している。ワイヤーは自在に屈曲可能であ
り、また構造体を補強し、構造体が破損した場合にはそ
の脱落を阻止する。したがって、この焼結構造体は、強
度および耐熱性に優れ、部分的に屈曲する構造体であ
る。

【０１０４】

【発明の効果】この発明による構造体の製造方法では、
硬化樹脂層を積層して立体構造を形成するのではなく、
型を用いて一体に成形するため、剥離の原因となる積層
間の段差がない。また、型として可溶性の型を用い、特
定の液体で型を溶解して除去するため、可溶性型の面が
複雑な形状をしていても構造体を変形させたり破損した
りすることなく容易に取り出すことができる。さらに、
光を照射する領域を変えることにより、１種類の可溶性
型で多種類の構造体を製造することができる。

【０１０５】また、この発明による構造体の製造装置で
は、可溶性型制御部が可溶性型の位置を、光照射部が光
照射する位置をそれぞれ制御することにより、可溶性型
に注入もしくはコーティングされた光硬化性樹脂の所望
の箇所にのみ光を照射して硬化させる。したがって、各
々の制御を変更することにより、１種類の型であっても
多種類の構造体を製造することができる。

【０１０６】さらに、この発明による構造体は、可溶性
型を使用して光硬化性樹脂を光照射により部分硬化させ
て成形した構造体であり、型を用いずに光照射のみによ
って成形・積層する光造形法による構造体とは異なり、
積層段差や積層歪みのない均質な三次元構造を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による構造体の製造方法の工程を示す
工程図。

【図２】図１に示す工程図に従う構造体の製造方法の一
具体例の各工程を模式的に示す斜視図であり、図２
（ａ）は半球状の可溶性型が板状の支持材上に設けられ
た状態を、図２（ｂ）は可溶性型に光硬化性樹脂をコー
ティングした状態を、図２（ｃ）は可溶性型にコーティ
ングされた光硬化性樹脂の所望の箇所に光を照射して硬
化させた状態をそれぞれ示す。

【図３】この発明の実施例１において、光を照射する領
域を変えて製造した構造体の例を示す図。

【図４】この発明による構造体の製造方法の一実施態様
の工程を示す工程図。

【図５】図４に示す工程図に従う構造体の製造方法の一
具体例の各工程を模式的に示す斜視図であり、図５
（ａ）は支持材がインサートされた可溶性型を、図５
（ｂ）は可溶性型にヤング率の低い光硬化性樹脂をコー
ティングした状態を、図５（ｃ）はヤング率の低い硬化
性樹脂の硬化部にさらにヤング率の高い光硬化性樹脂を
コーティングした状態を、図５（ｄ）はコーティングし
たヤング率の高い光硬化性樹脂の所望の領域に光を照射
して硬化させた状態を、図５（ｅ）は可溶性型を除去し
た構造体をそれぞれ示す。

【図６】この発明による構造体の製造方法の他の実施態
様の工程を示す工程図。

【図７】図６に示す工程に従う構造体の製造方法の一具
体例の各工程を模式的に示す斜視図であり、図７（ａ）
は支持材がインサートされた可溶性型を、図７（ｂ）は
可溶性型にヤング率の低い光硬化性樹脂をコーティング
した状態を、図７（ｃ）はコーティングしたヤング率の
低い光硬化性樹脂を光を照射して硬化させた状態を、図
７（ｄ）は硬化した光硬化性樹脂の外周面にヤング率の
高い光硬化性樹脂をコーティングした状態を、図７
（ｅ）はコーティングしたヤング率の高い光硬化性樹脂
の所望の箇所に光を照射して硬化させた状態を、図７
（ｆ）は未硬化の樹脂を除去した構造体をそれぞれ示
す。

【図８】図７に続いて、図６に示す工程に従う構造体の
製造方法の一具体例の各工程を模式的に示す斜視図であ
り、図８（ａ）はワイヤー部材を構造体の取り付け位置
に取り付けた状態を、図８（ｂ）はワイヤー部材を取り
付けた後の構造体にヤング率の高い光硬化性樹脂をコー
ティングした状態を、図８（ｃ）はコーティングした光
硬化性樹脂の所望の箇所に光を照射して硬化させた状態
を、図８（ｄ）は構造体の両端部を切断して可溶性型を
露出させた状態を、図８（ｅ）は可溶性型を除去した構
造体をそれぞれ示す。

【図９】図９（ａ）および９（ｂ）は、それぞれ、この
発明による構造体の製造方法において用いられる可溶性
型の具体例を模式的に示す斜視図。

【図１０】図９（ａ）に示す可溶性型の製造方法の工程
を模式的に示す斜視図であって、図10（ａ）は型となる
チューブに棒状の支持材を挿入した状態を、図10（ｂ）
はチューブ内に光硬化性樹脂を注入した状態を、図10
（ｃ）はチューブの外部から光を照射する状態を、図10
（ｄ）は樹脂の硬化後チューブから取り出した可溶性型
をそれぞれ示す。

【図１１】実施例６に説明する方法により製造された可
溶性型を示す斜視図。

【図１２】この発明による構造体の製造方法の別の実施
態様の工程を示す工程図。

【図１３】図13（ａ）および13（ｂ）は、図12に示す工
程に従う構造体の製造方法において、光を照射する位置
を変えることにより得られる形状の異なる構造体を比較
して示す斜視図。

【図１４】この発明による構造体の製造装置の一実施態
様を模式的に示す図。

【図１５】この発明による構造体の製造装置の他の実施
態様を示す図。

【図１６】この発明による構造体の製造装置のさらに別
の実施態様を示す図。

【図１７】図17（ａ）はこの発明による構造体に一具体
例を示す斜視図であり、図17（ｂ）は図17（ａ）に示す
構造体が屈曲した状態を示す斜視図。

【図１８】図18（ａ）はこの発明による構造体の他の具
体例を示す斜視図であり、図18（ｂ）は図18（ａ）に示
す構造体が屈曲した状態を示す斜視図。

【図１９】図19（ａ）はこの発明による構造体の別の具
体例を示す斜視図であり、図19（ｂ）は図19（ａ）に示
す構造体が屈曲した状態を示す斜視図。

【図２０】図20（ａ）はこの発明による構造体のさらに
別の具体例を示す斜視図であり、図20（ｂ）は図20
（ａ）に示す構造体が屈曲した状態を示す斜視図。

【図２１】図21（ａ）はこの発明による構造体のさらに
別の具体例を示す斜視図であり、図21（ｂ）は図21
（ａ）に示す構造体が屈曲した状態を示す斜視図。

【図２２】従来行なわれる光造形法による構造体の製造
方法の工程を示す工程図。

【図２３】従来の光造形法による構造体の製造方法の一
具体例の各工程を模式的に示す図であり、図23（ａ）は
光硬化性流動樹脂タンク内においてテーブルとガラス板
との間に流入した樹脂に光を照射する状態を、図23
（ｂ）は１層目の樹脂層の硬化が終了した状態を、図23
（ｃ）はテーブルを引き上げて新たに樹脂が流入した状
態を、図23（ｄ）は光を照射して２層目を硬化させる状
態を、図23（ｅ）は製造された構造体をそれぞれ示す。

【図２４】従来行われる金属の射出成形法（ＭＩＭ）の
工程を示す工程図。

【図２５】金属の射出成形法の開始から終了までの粉末
の微細構造のモデルを示す図。

【符号の説明】

12、58、60、150 、151 …部分硬化箇所、13、154 …開
口部、 14…空孔、50、56、82…可溶性型、51、55…支持材、 52、57、59、68、150 …未硬化の光硬化性樹脂、 53、80…不要な未硬化の光硬化性樹脂、 54…レーザービーム、62…取り付け位置、63…ワイヤー
部材、 65…位置決め用の穴、67、138 …チューブ、69…照射
光、84…焼結体、 101 …圧力タンク、102 …ノズル、104 …制御システ
ム、 106 …導光体、107 …レーザー光源、109 …可溶性型固
定台 110 、111 、119 、 135、136 …アクチュエータ、 112 、120 、70、137 …レール、113 …回転駆動部、 114 …レーザー出射部、115 …保持部材、 118 …棒ジョイント、121 …ベアリング、130 …光源、
131 …光学系、 132 …マスク、133 …光透過部、134 …紫外線、152 …
貫通孔、 153 …外力、155 …スプリング、200 …焼結構造体、20
1 …耐熱ワイヤー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】特定の液体に溶解する可溶性の型を成形す
る可溶性型成形工程と、該可溶性型に該可溶性型を溶解
する液体には溶解しない非溶性の光硬化性樹脂を注入も
しくはコーティングする注型工程と、注入もしくはコー
ティングした該光硬化性樹脂の所望する部分にのみ光を
照射して硬化させる硬化工程と、該可溶性型のみを前記
特定の液体によって溶解する除去工程とを具備する構造
体の製造方法。
【請求項２】可溶性型を装着し、該可溶性型を光照射位
置に対して相対的に移動および／または回転させて位置
制御を行なう可溶性型制御部と、該可溶性型に光硬化性
樹脂を注型もしくはコーティングする注型機構部と、該
可溶性型に注型もしくはコーティングされた光硬化性樹
脂の所望の箇所に光を照射する光照射部とを具備する構
造体の製造装置。
【請求項３】光硬化性樹脂を用いた構造体において、可
溶性型に注入または塗布された光硬化性樹脂を光の部分
照射により所望する箇所のみを硬化させた部分硬化箇所
と可溶性型を溶解除去した除去箇所とを有する光硬化性
樹脂を用いた構造体。