JPH0970897A - 光造形法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 常温で液状の感光性樹脂を用いて立体的な造
形物を形成する光造形法において、新規な方法を提供す
ることにある。 【解決手段】 感光性樹脂の表面に選択的に光を照射し
て硬化樹脂層を形成することを繰り返すことにより、当
該硬化樹脂層が複数積層されてなる立体的な造形物を形
成する光造形法であって、感光性樹脂を冷却して凝固さ
せ、この状態で当該感光性樹脂に対して光を照射する工
程を含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、感光性樹脂を用い
て立体的な造形物を形成する光造形法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、感光性樹脂組成物よりなる像形成
材料（以下、単に「感光性樹脂」ともいう。）の表面に
選択的に光を照射して硬化樹脂層を形成する工程を繰り
返すことにより、当該硬化樹脂層が複数積層されてなる
立体的な造形物を形成する光造形法が知られている。こ
のような感光性樹脂を用いた光造形法として、造形しよ
うとする立体形状をコンピュータなどを用いて複数のス
ライス形状データとし、一つのスライス形状データに従
って、紫外線レーザなどの放射線（以下、単に「光」と
いう。）を感光性樹脂の表面に選択的に照射して当該樹
脂を重合硬化させることによって硬化樹脂層を形成し、
このようにして形成された硬化樹脂層を順次積層するこ
とにより立体的な造形物を成形する方法が提案されてい
る。

【０００３】例えば特開昭５６−１４４４７８号公報に
は、液状の感光性樹脂を容器内に収容し、当該容器の上
部に設けられた露光手段を走査させることにより、前記
感光性樹脂の表面に選択的に光照射して硬化樹脂層を形
成し、この硬化樹脂層上に、一層分の感光性樹脂を供給
して液状の樹脂層を形成し、その表面に選択的に光照射
することにより、先行して形成された硬化樹脂層上に、
これと連続するよう新しい硬化樹脂層を一体的に積層
し、さらに、光照射パターンを変化させ、あるいは変化
させることなく、感光性樹脂の供給および光照射を所定
回数繰り返すことにより、立体的な造形物を形成する方
法が開示されている。また、特開平２−７８５３１号公
報には、感光性樹脂の表面に選択的に光照射する方法と
して、選択的に光透過するマスク像を介して面露光する
方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液状の
感光性樹脂を用いる従来の方法では、以下のような問題
がある。 （１）下方から上方に向かうに従って外方に突出するい
わゆるオーバーハング状部分を有する造形物を形成する
場合において、当該オーバーハング状部分を構成する硬
化樹脂層（固体）の一部が感光性樹脂（液体）の上方に
形成されることとなるため、当該一部を十分に支持する
ことができず、その結果、造形物のオーバーハング状部
分に反りなどの変形が生じる。 （２）上下方向において連続していない２以上の部品に
より構成される造形物、例えば図１に示すように、上下
方向に離間した部品Ａと部品Ｂとからなる造形物を形成
する場合において、上側の部品Ａを構成する硬化樹脂層
（固体）が感光性樹脂（液体）の上方に形成されること
となるため、当該感光性樹脂は、部品Ａを構成する硬化
樹脂層を十分に支持することができず、この状態で進め
られる造形工程において、部品Ａを構成すべき硬化樹脂
層が、感光性樹脂内を浮遊あるいは沈降してしまい、そ
の結果、形成される部品Ａは、スライス形状データに従
った所期の形状のものとならない。 （３）従来より使用されている液状の感光性樹脂は、硬
化反応時における収縮率が比較的大きい。そして、硬化
収縮を考慮して寸法補正を正確に行うことは困難である
ため、得られる造形物の寸法精度を高めることには限界
がある。 （４）自由液面方式による従来の光造形法において、硬
化樹脂層を形成するための樹脂層の厚さ（積層ピッチ）
の最小値は、表面張力などの影響を受けるために１０〜
３０μｍ程度以上となり、このため、従来の光造形法を
マイクロマシンなどの精密部品の形成に適用させること
はできない。

【０００５】上記（１）の問題に対しては、オーバーハ
ング状部分の下部にこれを支持する例えば柱状のサポー
ト部分を形成すること、また、上記（２）の問題に対し
ては、下側の部品（部品Ｂ）と、上側の部品（部品Ａ）
とを連結するための連結部分を形成することが考えられ
る。しかしながら、サポート部分および連結部分の設計
は煩雑であって熟練を要するものであり、しかも、光造
形工程の終了後において、サポート部分・連結部分を除
去する工程が必要となる、という欠点がある。

【０００６】本発明は、以上のような事情に基づいてな
されたものであって、本発明の第１の目的は、常温で液
状の感光性樹脂を用いて立体的な造形物を形成する光造
形法において、新規な方法を提供することにある。本発
明の第２の目的は、オーバーハング状部分を有する造形
物を形成する場合において、光造形工程の際にサポート
部分を形成しなくても、オーバーハング状部分を十分に
支持することができ、得られる造形物に反りなどの変形
を生じさせない光造形法を提供することにある。本発明
の第３の目的は、上下方向に離間した複数の部品により
構成される造形物を形成する場合において、光造形工程
の際に連結部分を形成しなくても、上側の部品を十分に
支持することができ、造形物を構成する全ての部品を、
スライス形状データに従った所期の形状に形成すること
ができる光造形法を提供することにある。本発明の第４
の目的は、寸法精度の高い造形物を得ることのできる光
造形法を提供することにある。本発明の第５の目的は、
マイクロマシンなどの精密部品の形成に適用することの
できる光造形法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の光造形法は、感
光性樹脂の表面に選択的に光を照射して硬化樹脂層を形
成することを繰り返すことにより、当該硬化樹脂層が複
数積層されてなる立体的な造形物を形成する光造形法で
あって、感光性樹脂を冷却して凝固させ、この状態で当
該感光性樹脂に対して光を照射する工程を含むことを特
徴とする。

【０００８】また、本発明の光造形法は、下記の工程
〔Ａ〕、工程〔Ｂ〕、工程〔Ｃ〕を含むことを特徴とす
る。 工程〔Ａ〕：冷却されて凝固した感光性樹脂よりなる第
ｎ層目の樹脂層部分、および凝固した感光性樹脂の少な
くとも一部に光を照射して形成した第ｎ層目の硬化樹脂
層部分の表面上に液状の感光性樹脂を供給して第（ｎ＋
１）層目の樹脂層を形成する工程。 工程〔Ｂ〕：第（ｎ＋１）層目の樹脂層を冷却して感光
性樹脂を凝固させる工程。 工程〔Ｃ〕：凝固した第（ｎ＋１）層目の樹脂層の表面
に選択的に光を照射することにより、第（ｎ＋１）層目
の硬化樹脂層を形成する工程。

【０００９】また、本発明の光造形法において、前記工
程〔Ｂ〕の終了後、凝固した第（ｎ＋１）層目の樹脂層
の表面を切削して当該樹脂層の厚さを小さくする工程を
含むことが好ましい。

【００１０】また、本発明の光造形法において、前記工
程〔Ｃ〕の終了後、凝固した第（ｎ＋１）層目の樹脂層
部分および第（ｎ＋１）層目の硬化樹脂層部分の表面を
切削して樹脂層の厚さを小さくする工程を含むことが好
ましい。

【００１１】

【作用】

（イ）光造形工程において、冷却されることにより凝固
（可逆的に固化）した樹脂層部分と、光照射されること
により硬化（不可逆的に固化）した硬化樹脂層部分とか
らなる固体の層（第ｎ層目の硬化樹脂層）の表面に硬化
樹脂層〔第（ｎ＋１）層〕が形成されることとなり、当
該硬化樹脂層〔第（ｎ＋１）層〕は、常に、先行処理さ
れた固体の層（第１層〜第ｎ層）によって確実に支持さ
れることになる。この結果、オーバーハング状部分を有
する造形物を形成する場合において、光造形工程の際に
サポート部分を形成しなくてもオーバーハング状部分が
十分に支持されるため、得られる造形物には反りなどの
変形が生じない。また、上下方向に離間した複数の部品
により構成される造形物を形成する場合において、光造
形工程の際に連結部分を形成しなくても上側の部品が十
分に支持されるため、得られる造形物を構成する全ての
部品を所期の形状に形成することができる。

【００１２】（ロ）凝固した感光性樹脂であっても、光
を照射することにより確実に重合硬化反応が進行し、し
かも、凝固した感光性樹脂は、通常、硬化反応時におけ
る収縮率が液状であるときに比べて極めて小さい。その
結果、高い寸法精度を有する造形物を形成することがで
きる。

【００１３】（ハ）凝固した感光性樹脂よりなる樹脂層
〔第（ｎ＋１）層目の樹脂層〕の表面を切削し、当該樹
脂層の厚さを小さくする工程を含めることにより、得ら
れる造形物を構成する単位層としての硬化樹脂層の積層
ピッチを小さくすることができ、その結果、電子材料部
品を構成するマイクロマシンなどの精密部品の形成に適
用することが可能となる。

【００１４】（ニ）第（ｎ＋１）層目の樹脂層部分およ
び第（ｎ＋１）層目の硬化樹脂層部分よりなる硬化樹脂
層〔第（ｎ＋１）層目の硬化樹脂層〕の表面を切削し、
当該硬化樹脂層の厚さを小さくする工程を含めることに
より、得られる造形物を構成する単位層としての硬化樹
脂層の積層ピッチを小さくすることができ、その結果、
電子材料部品を構成するマイクロマシンなどの精密部品
の形成に適用することが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光造形法について
詳細に説明する。 ＜光造形装置＞図２は、本発明の光造形法を実施するた
めに使用される光造形装置の一例を示す概略図である。
同図において、１０はジャケット構造を有する樹脂収容
槽であり、樹脂収容槽１０のジャケット内には、冷却手
段２０から供給される冷媒Ｃが循環されている。

【００１６】３０は、樹脂収容槽１０内に感光性樹脂を
供給するための樹脂供給手段である。樹脂供給手段３０
の具体的構成は特に限定されるものではないが、例えば
スプレー装置、スリット状の開口を有するカーテンコー
ター装置により構成される。この樹脂供給手段３０によ
り、樹脂層一層分に相当する量の感光性樹脂が樹脂収容
槽１０内に供給される。

【００１７】４０は、樹脂収容槽１０内に収容された感
光性樹脂の表面に光を照射する光照射手段である。光照
射手段４０に使用される光源としては、例えばヘリウム
−カドミウムレーザ、アルゴンレーザ、半導体レーザな
どの紫外線レーザ発光装置、クリプトンロングアークラ
ンプ、キセノンロングアークランプ、メタルハライドロ
ングアークランプ、水銀ロングアークランプなどを例示
することができる。

【００１８】５０は制御手段であり、６０はデータファ
イルである。光造形工程において、制御手段５０は、目
的とする造形物におけるスライス形状データをデータフ
ァイル６０から呼び出し、スライス形状データに従って
光源を走査させることにより、感光性樹脂の表面に選択
的に光を照射するよう光照射手段４０を制御する。

【００１９】７０は、必要に応じて設けられる赤外線ヒ
ータランプよりなる加熱手段である。光造形工程を経て
得られた造形物を加熱手段７０を用いて加熱処理するこ
とにより、当該造形物の硬化強度を向上させることがで
きる。なお、加熱手段７０に代えて、後硬化用の光照射
手段を設け、光造形工程を経て得られる造形物に対し光
照射を行ってもよい。

【００２０】＜光造形法＞次に、本発明の光造形法の一
実施例について、図面を用いて具体的に説明する。図３
〜図６は、本発明の光造形法の各工程を模式的に示す説
明図である。

【００２１】＜光造形工程＞ （１）第１層目の硬化樹脂層の形成： 樹脂供給手段（図示省略）により、樹脂層一層分に
相当する感光性樹脂を樹脂収容槽Ｔ内に供給し、その水
平な底面上に、液状の感光性樹脂よりなる第１層目の樹
脂層ｐ１を形成する〔図３（Ａ−１）参照〕。ここで、
樹脂供給手段および供給方法は特に限定されるものでは
なく、例えばノズルなどにより液状の樹脂を塗布する方
法、スプレーなどにより液状の樹脂を散布する方法、凝
固点以下に冷却されて流動性を消失したフィルム状の樹
脂を樹脂収容槽の底面に載置した後、表面温度が凝固点
以上のプレートを圧着して樹脂を融解させる方法、凝固
点以下に冷却されて流動性を消失した粉体状の樹脂を散
布した後、表面温度が凝固点以上のプレートを圧着して
樹脂を融解させる方法などを挙げることができる。

【００２２】 第１層目の樹脂層ｐ１を凝固点以下に
冷却して、樹脂層ｐ１を構成する感光性樹脂を凝固させ
る〔図３（Ｂ−１）参照〕。ここで、感光性樹脂の冷却
手段および冷却方法は特に限定されるものではなく、例
えば図２に示したような、ジャケット構造を有する樹脂
収容槽を使用し、ジャケット内に冷媒を循環させること
により間接的に冷却する方法、樹脂収容槽内に棒状の冷
却装置を投入して、樹脂収容槽内に収容されている感光
性樹脂を直接的に冷却する方法、冷却ガス（例えば窒素
ガス）を感光性樹脂に吹き付けて直接的に冷却する方法
などを挙げることができる。なお、窒素ガスなどの冷却
ガスを用いる場合には、樹脂層表面の結露を防ぐため
に、乾燥したガスを用いることが特に好ましい。ここ
に、感光性樹脂の冷却操作は、光造形工程の実行中にお
いて常時行われる。

【００２３】 光照射手段（図示省略）により、第１
層目の樹脂層ｐ１の表面に選択的に光照射して第１層目
の硬化樹脂層部分（以下、単に「硬化樹脂層」という）
ｈ１を形成する〔図３（Ｃ−１）参照〕。ここで、樹脂
層の表面に照射する光の種類としては、樹脂層を構成す
る感光性樹脂の種類によっても異なるが、例えば赤外
線、可視光線、紫外線、紫外線レーザなどが挙げられ
る。これらのうち、紫外線レーザを照射する場合には、
照射された表面部分が局所的に加熱されて光硬化が促進
されるので特に好ましい。

【００２４】（２）第２層目の硬化樹脂層の形成： 樹脂供給手段により、樹脂層一層分に相当する感光
性樹脂を樹脂収容槽Ｔ内に供給し、第１層目の樹脂層ｐ
１および硬化樹脂層ｈ１の表面上に、液状の感光性樹脂
よりなる第２層目の樹脂層ｐ２を形成する〔図４（Ａ−
２）参照〕。なお、この工程において、感光性樹脂の供
給は、第１層目における供給方法と同様の方法で行って
もよいし、他の供給方法を採用してもよい。さらに、第
１層目と第２層目との間に、例えば着色材料、光吸収剤
などを含む遮光層を設けてもよい。この遮光層の供給方
法としては、上記感光性樹脂の供給方法をそのまま用い
ることができる。

【００２５】 第２層目の樹脂層ｐ２を凝固点以下に
冷却して、樹脂層ｐ２を構成する感光性樹脂を凝固させ
る〔図４（Ｂ−２）参照〕。なお、この工程において、
感光性樹脂の冷却は、第１層目における冷却方法と同様
の方法で行ってもよいし、他の冷却方法を採用してもよ
い。

【００２６】 光照射手段により、第２層目の樹脂層
ｐ２の表面に選択的に光を照射して第２層目の硬化樹脂
層ｈ２を形成する〔図４（Ｃ−２）参照〕。なお、この
工程において、樹脂層ｐ２の表面への光照射は、第１層
目における照射方法と同様の方法で行ってもよいし、他
の照射方法を採用してもよい。

【００２７】（３）第（ｎ＋１）層目の硬化樹脂層の形
成： 樹脂供給手段により、樹脂層一層分に相当する感光
性樹脂を樹脂収容槽Ｔ内に供給し、第ｎ層目の樹脂層ｐ
ｎおよび硬化樹脂層ｈｎの表面上に、液状の感光性樹脂
よりなる第（ｎ＋１）層目の樹脂層ｐ（ｎ＋１）を形成
する［図５〔Ａ−（ｎ＋１）〕参照］。なお、この樹脂
供給工程［工程〔Ａ〕］において、感光性樹脂の供給
は、第１層目〜第ｎ層目における供給方法と同様の方法
で行ってもよいし、他の供給方法を採用してもよい。さ
らに、第ｎ層目と第（ｎ＋１）層目との間に、上記遮光
層を設けてもよい。この遮光層により、光硬化させるべ
きでない部分（例えばオーバーハング状部分の下層に存
在する樹脂）へ向かう光が有効に遮断される。これによ
り、例えばオーバーハング状部分の下層側に余剰硬化物
などが生成されるようなことはない。遮光層の厚さとし
ては、当該遮光層に含まれる着色材料、光吸収剤の種類
や量などを考慮して適宜の範囲に設定することができ
る。なお、この遮光層は、第ｎ層目の表面の全面に設け
られていてもよいし、任意の一部分に設けられていても
よい。また、全面に形成した後、当該遮光層の一部を切
削等により除去してもよい。

【００２８】 第（ｎ＋１）層目の樹脂層ｐ（ｎ＋
１）を凝固点以下に冷却して、樹脂層ｐ（ｎ＋１）を構
成する感光性樹脂を凝固させる［図５〔Ｂ−（ｎ＋
１）〕参照］。なお、この樹脂層冷却工程［工程
〔Ｂ〕］において、感光性樹脂の冷却は、第１層目〜第
ｎ層目における冷却方法と同様の方法で行ってもよい
し、他の冷却方法を採用してもよい。

【００２９】 光照射手段により、第（ｎ＋１）層目
の樹脂層ｐ（ｎ＋１）の表面に選択的に光を照射して第
（ｎ＋１）層目の硬化樹脂層ｈ（ｎ＋１）を形成する
［図５〔Ｃ−（ｎ＋１）〕参照］。なお、この光照射工
程［工程〔Ｃ〕］において、樹脂層ｐ（ｎ＋１）の表面
への光照射は、第１層目〜第ｎ層目における照射方法と
同様の方法で行ってもよいし、他の照射方法を採用して
もよい。

【００３０】以上の工程〔Ａ〕〜工程〔Ｃ〕を繰り返す
ことにより、凝固した感光性樹脂Ｐ内において、複数の
硬化樹脂層が積層されてなる立体的な造形物Ｈが形成さ
れる〔図６（１）参照〕。

【００３１】＜感光性樹脂の融解除去工程＞光造形工程
終了後、造形物Ｈを構成する上下２つの部品の各々を保
持機構（図示省略）により保持し、当該造形物Ｈの周囲
における感光性樹脂を融解して除去する。感光性樹脂を
融解させるためには、通常、例えばジャケット内におけ
る冷媒の循環を停止するなど、光造形工程の際に行われ
ていた冷却操作を解除すればよい。また、加温すること
により迅速に融解させることもできる。融解した感光性
樹脂は、樹脂収容槽Ｔの底部に設けられた排出口（図示
省略）から排出され、樹脂収容槽Ｔ内には造形物Ｈのみ
が残留する〔図６（２）参照〕。

【００３２】＜洗浄処理工程＞感光性樹脂の融解除去工
程終了後、必要に応じて造形物の洗浄処理が行われる。
ここに、洗浄方法としては、フラッシング、ウォーター
ジェット、シャワー、液中揺動、超音波などの方法を挙
げることができる。なお、洗浄処理は、光造形装置に備
えられた洗浄手段によって樹脂収容槽内において行うこ
とができるが、樹脂収容槽から造形物を取り出して行っ
てもよい。また、洗浄処理液としては、硬化樹脂（重合
硬化物）を変化させることなく感光性樹脂を溶解できる
ものであることが必要であり、感光性樹脂の種類によっ
ても異なるが、例えば水、酸性水溶液、アルカリ性水溶
液、有機溶剤などを挙げることができる。

【００３３】＜後硬化処理工程＞感光性樹脂の融解除去
工程または洗浄処理工程終了後、必要に応じて造形物の
後硬化処理が行われ、これにより、当該造形物の硬化強
度を向上させることができる。ここに、後硬化処理とし
ては、加熱手段（例えば図２の加熱手段７０）を使用す
る加熱処理、紫外線ランプなどによる光照射処理を挙げ
ることができる。

【００３４】＜感光性樹脂の表面切削工程＞本発明の光
造形法においては、上記の樹脂供給工程〔Ａ〕、樹脂層
冷却工程〔Ｂ〕および光照射工程〔Ｃ〕を繰り返すこと
により、複数の硬化樹脂層が積層されてなる立体的な造
形物が形成されるのであるが、上記の樹脂層冷却工程
〔Ｂ〕の終了後、凝固した第（ｎ＋１）層目の樹脂層の
表面を切削する工程を含むことが好ましい。これによ
り、自由液面方式の光造形法において形成可能な樹脂層
の最小厚さ（例えば１０〜３０μｍ）よりも更に厚さの
小さい樹脂層を形成することができ、これにより、造形
物を構成する硬化樹脂層の積層ピッチが小さくなり（例
えば１０μｍ以下）、その結果、マイクロマシンなどの
精密部品の形成に適用することが可能となる。

【００３５】また、上記の光照射工程〔Ｃ〕の終了後、
第（ｎ＋１）層目の樹脂層部分および第（ｎ＋１）層目
の硬化樹脂層部分の表面を切削することによっても、精
密部品に適用できる積層ピッチの小さい造形物を形成す
ることができる。前記表面を切削する工程において、切
削の手段としては、グラインダーによる表面研磨等の任
意の方法を採用することができる。

【００３６】＜感光性樹脂＞本発明の光造形法において
使用される感光性樹脂（感光性樹脂組成物）としては、
常温下（２０〜４０℃）において流動性を有し、冷
却されることにより流動性を消失して凝固すること、具
体的には、凝固点は２０℃未満、好ましくは１０℃以下
であること、 低温環境下における光照射によっても
確実に重合硬化反応が進行することが必要とされる。ま
た、本発明に使用される感光性樹脂組成物は、凝固熱
（融解熱）が小さいこと、重合硬化することにより、優
れた耐薬品性（耐洗浄液性）、優れた機械的物性が発現
されること、さらに得られる硬化物は加工性が良く、経
時的な変形や機械的物性の変化が極めて少ないものであ
ることが好ましい。

【００３７】本発明に使用される感光性樹脂組成物は、
常温下（２０〜４０℃）において流動性を有するもので
あるので、常温下において固体（フィルム）である組成
物および常温下においてゲル状である組成物と比較し
て、光造形工程後における未硬化物の除去処理（現像処
理）をきわめて簡単に実施することができる。

【００３８】本発明に使用される感光性樹脂組成物の構
成成分としては、例えば光感応性基含有ポリマー、光硬
化性モノマー、光重合開始剤、増感剤、溶剤、各種添加
剤、充填剤などを例示することができる。本発明に使用
される感光性樹脂組成物としては、下記（１）〜（１
５）に示される混合物ならびに必要に応じて加えられる
光重合開始剤を例示することができる。

【００３９】（１）１分子中に２個以上のアクリル系二
重結合を有する、ポリエステル、ポリウレタン、エポキ
シ、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリアミドから
選ばれる少なくとも１種よりなるポリマーと、単官能ま
たは多官能の（メタ）アクリレート化合物に代表される
モノマーである光硬化性モノマーとの混合物。

【００４０】（２）水若しくは温水に可溶なポリビニル
アルコールなどに光硬化性を付与したポリマーと、光硬
化性モノマーとの混合物。 （３）酢酸セルロースコハク酸エステル、ポリビニルピ
リジン、スルホン酸基含有ポリアミドなどのポリマー
と、光硬化性モノマーとの混合物。 （４）ポリビニルピリジン、スルホン酸基含有ポリアミ
ドなどに光硬化性を付与したポリマーと、光硬化性モノ
マーとの混合物。

【００４１】（５）第４級アンモニウム塩含有ポリアミ
ドなどのポリマーと、光硬化性モノマとの混合物。 （６）第４級アンモニウム塩含有ポリアミドなどに光硬
化性を付与したポリマーと、光硬化性モノマーとの混合
物。 （７）硝化綿、セルロースアセトブチレート、エチレン
セルロース、アセチルセルロースなどに光硬化性を付与
したポリマーと、光硬化性モノマーとの混合物。 （８）ポリカプロラクトンなどの多官能性ポリエステル
類に光硬化性を付与したポリマーと、光硬化性モノマー
との混合物。

【００４２】（９）塩化ビニル−酢酸ビニル−ビニルア
ルコール系コポリマー、塩化ビニル−ビニルアルコール
系コポリマー、塩化ビニル−酢酸ビニル−マレイン酸コ
ポリマー、塩化ビニル−プロピオン酸ビニル−ビニルア
ルコール系コポリマーなどに光硬化性を付与したポリマ
ーと、光硬化性モノマーとの混合物。 （１０）末端に水酸基若しくはカルボキシル基を有する
ブタジエンポリマー、スチレン−ブタジエンコポリマー
若しくはアクリロニトリル−ブタジエンコポリマーなど
に光硬化性を付与したポリマーと、光硬化性モノマーと
の混合物。 （１１）ジエン系ポリマーのエポキシ化合物にα，β−
エチレン性不飽和モノカルボン酸を付加したポリマー
と、光硬化性モノマーとの混合物。

【００４３】（１２）グリシジルアクリレート若しくは
グリシジルメタクリレートのポリマーまたはこれらのコ
ポリマーの有するエポキシ基に、α，β−エチレン性不
飽和モノカルボン酸を付加したポリマーまたはコポリマ
ーと、光硬化性モノマーとの混合物。 （１３）共役ジオレフィン系炭化水素、α，β−エチレ
ン系不飽和カルボン酸およびモノオレフィン系不飽和化
合物のコポリマーと、光硬化性モノマーとの混合物。

【００４４】（１４）ウレタン（メタ）アクリレートオ
リゴマーと、光硬化性モノマーとの混合物。 （１５）エポキシ基含有化合物の（メタ）アクリレート
オリゴマーと、光硬化性モノマーとの混合物。

【００４５】これらのうち、（１４）ウレタン（メタ）
アクリレートオリゴマーと、光硬化性モノマーとの混合
物、（１５）エポキシ基含有化合物の（メタ）アクリレ
ートオリゴマーと、光硬化性モノマーとの混合物が好ま
しい。

【００４６】好ましい混合物である上記（１４）の混合
物に光重合開始剤を加えてなる感光性樹脂組成物の具体
例としては、２，４−トリレンジイソシアネート、ヒド
ロキシエチルアクリレート、分子量６５０のポリオキシ
テトラメチレングリコールより得られる数平均分子量１
２３０のウレタンアクリレートオリゴマーからなる樹脂
成分と、２，４−トリレンジイソシアネート、ヒドロキ
シエチルアクリレートより得られる数平均分子量４０６
のウレタンアクリレートオリゴマーからなる樹脂成分
と、ｎ−ビニルカプロラクタム、トリシクロデカンジイ
ルジメチレンアクリレートからなる希釈モノマー成分
と、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モ
ルフォリノフェニル）−ブタノン−１、１−ヒドロキシ
シクロヘキシルフェニルケトンからなる光重合開始剤と
により構成される光硬化性樹脂組成物〔商品名「ＳＣＲ
５００」（日本合成ゴム（株）製）〕；イソホロンジイ
ソシアネート、ヒドロキシエチルアクリレート、アジピ
ン酸−ネオペンチルグリコール系ポリエステルポリオー
ルより得られるウレタンアクリレートオリゴマーからな
る樹脂成分と、ビスフェノールＡのジメタクリロイルエ
チルエーテル、ポリエチレングリコールジアクリレー
ト、ネオペンチルグリコールジメタクリレートからなる
希釈モノマー成分と、２，２−ジメトキシ−２−フェニ
ルアセトフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェ
ニルケトン、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェ
ニルホスフォンオキサイドからなる光重合開始剤とによ
り構成される光硬化性樹脂組成物を挙げることができ
る。

【００４７】好ましい混合物である上記（１５）の混合
物に光重合開始剤を加えてなる感光性樹脂組成物の具体
例としては、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルの
ジアクリレートを含むオリゴマー、ポリエチレングリコ
ールジアクリレートからなる光硬化性モノマー成分と、
２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンスル
ホニウム型光カチオン重合開始剤とにより構成される光
硬化性樹脂組成物を挙げることができる。

【００４８】また、前記感光性樹脂組成物には、さらに
ガラス、アルミナ等のフィラー、染料、顔料等の着色材
料、界面活性剤、光増感剤、保存安定剤、シランカップ
リング剤（接着助剤）等を必要に応じて添加することが
できる。

【００４９】本実施例の方法によれば、光造形工程にお
いて、第（ｎ＋１）層目の硬化樹脂層ｈ（ｎ＋１）が、
凝固した樹脂層（ｐｎ）と硬化樹脂層（ｈｎ）からなる
固体の層によって確実に支持されるので、上下方向に離
間した複数の部品により構成される造形物を形成する場
合において、連結部分を形成しなくても造形物を構成す
る上側の部品を所期の形状に形成することができ、ま
た、オーバーハング状部分を有する造形物を形成する場
合において、光造形工程の際にサポート部分を形成しな
くてもオーバーハング状部分に反りなどの変形を生じさ
せることはない。しかも、使用される感光性樹脂が、常
温下において流動性を有するものであるので、常温下に
おいて固体であるフィルム組成物やゲル状組成物と比較
して、光造形工程後における未硬化物の除去処理をきわ
めて簡単に実施することができる。

【００５０】そして、樹脂層冷却工程〔Ｂ〕の終了後に
凝固した樹脂層の表面を切削する工程、または、光照射
工程〔Ｃ〕の終了後に硬化樹脂層部分を有する樹脂層の
表面を切削する工程を実施することにより、造形物を構
成する硬化樹脂層の積層ピッチを小さくすることがで
き、マイクロマシンなどの精密部品の形成に適用するこ
とが可能となる。

【００５１】以上、本発明の光造形法の一実施例につい
て説明したが、本発明はこれらによって限定されるもの
ではなく、使用する光造形装置および感光性樹脂を含め
て種々の変更を加えることが可能である。

【００５２】

【実施例】

＜実験例＞図２に示すような構成の光造形装置を用い、
以下のようにして立体造形物の作製実験を行った。 （１）三次元立体像の設計 図７に示すように、板状の台部７１の下面に同一形状の
２つの脚部７２，７３を設けてなり、台部７１の両端部
分がオーバーハング部分Ｐ１，Ｐ２となる全体が下駄状
の三次元立体像を三次元ＣＡＤシステムを用いて設計
し、この三次元立体像を水平方向に３０等分に切断した
ときに得られる各スライス形状データを作成した。な
お、図７に示す三次元立体像についての具体的な寸法は
下記のとおりである。 台部７１：縦幅ａ＝２０ｍｍ，横幅ｂ＝４０ｍｍ，高さ
ｃ＝３ｍｍ 脚部７２（７３）：横幅ｄ＝５ｍｍ，高さｅ＝３ｍｍ オーバーハング部分Ｐ１（Ｐ２）の長さｆ＝１０ｍｍ 脚部７２と脚部７３との間隔ｇ＝１０ｍｍ

【００５３】（２）光造形工程 感光性樹脂組成物として光硬化性樹脂組成物「ＳＣＲ５
００」〔日本合成ゴム（株）製〕を使用し、上記のよう
にして作成したスライス形状データに従って、樹脂供給
工程〔Ａ〕、樹脂層冷却工程〔Ｂ〕および紫外線レーザ
による光処理工程〔Ｃ〕を繰り返すことにより、３０層
の硬化樹脂層が積層されてなる立体造形物を作製した。

【００５４】（３）感光性樹脂の融解除去工程および洗
浄処理工程 光造形工程終了後、樹脂収容槽のジャケット内における
冷媒の循環を停止して感光性樹脂組成物を融解させて除
去した。次に、立体造形物を、樹脂収容槽から取り出
し、テルペン系グリコールエステル化合物からなる洗浄
液を用いて洗浄し、さらにエタノールを用いて洗浄処理
した。

【００５５】（４）後硬化処理工程 洗浄処理した立体造形物に対して水銀灯からの光を２時
間照射する後硬化処理を行った。

【００５６】以上のようにして得られた立体造形物に
は、オーバーハング状部分に反りなどの変形がなく、三
次元ＣＡＤシステムにより設計された三次元立体像に対
して高い寸法精度を有するものであった。

【００５７】＜比較実験例＞図８に示すような光造形装
置を用い、以下のようにして立体造形物の作製実験を行
った。なお、図８において、８１は、光硬化性樹脂組成
物「ＳＣＲ５００」〔日本合成ゴム（株）製〕が収容さ
れている樹脂収容槽、８２は紫外線レーザ照射手段、８
３は、樹脂収容槽８１内を昇降自在に設けられた支持ス
テージ、８４は制御手段、８５はデータファイルであ
る。

【００５８】実験例で作成したスライス形状データに従
って、支持ステージ８３の表面８３Ａを、樹脂組成物の
液面から樹脂層一層分に相当する深さに沈めることによ
り第樹脂層を形成し、当該樹脂層の表面（樹脂組成物の
液面）に選択的に光を照射して硬化樹脂層を形成するこ
とを繰り返す自由液面方式の光造形法により、３０層の
硬化樹脂層が積層されてなる立体造形物を作製した。こ
のようにして得られた立体造形物には、オーバーハング
状部分が十分に硬化しておらず、また、オーバーハング
状部分は下方に反って変形しており、三次元ＣＡＤシス
テムにより設計された三次元立体像に対する寸法精度に
劣るものであった。

【００５９】

【発明の効果】本発明の光造形法によれば、新たに形成
される硬化樹脂層〔第（ｎ＋１）層〕が、先行処理され
た固体の層（第１層〜第ｎ層）によって確実に支持され
るので、オーバーハング状部分を有する造形物を形成す
る場合において、サポート部分を形成しなくてもオーバ
ーハング状部分が十分に支持され、得られる造形物に反
りなどの変形を生じさせない。また、上下方向に離間し
た複数の部品により構成される造形物を形成する場合に
おいて、光造形工程の際に連結部分を形成しなくても上
側の部品が十分に支持され、得られる造形物を構成する
全ての部品を所期の形状に形成することができる。しか
も、使用される感光性樹脂が、常温下において流動性を
有するものであるので、常温下において固体であるフィ
ルム組成物やゲル状組成物と比較して、光造形工程後に
おける未硬化物の除去処理をきわめて簡単に実施するこ
とができる。

【００６０】また、凝固した感光性樹脂に対して光を照
射して硬化反応を進行させるので、高い寸法精度を有す
る造形物を形成することができる。

【００６１】さらに、凝固した第（ｎ＋１）層目の樹脂
層の表面の切削工程を含む請求項３の発明、並びに、第
（ｎ＋１）層目の樹脂層部分および第（ｎ＋１）層目の
硬化樹脂層部分の表面の切削切削工程を含む請求項４の
発明によれば、造形物を構成する硬化樹脂層の積層ピッ
チを小さくすることができ、マイクロマシンなどの精密
部品の形成に適用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】上下方向に離間した２つの部品からなる造形物
を示す概略断面図である。

【図２】本発明の光造形法のために使用される光造形装
置の一例を示す概略図である。

【図３】本発明の光造形法の工程を模式的に示す説明図
である。

【図４】本発明の光造形法の工程を模式的に示す説明図
である。

【図５】本発明の光造形法の工程を模式的に示す説明図
である。

【図６】本発明の光造形法の工程を模式的に示す説明図
である。

【図７】実験例において設計した三次元立体像を示す説
明図である。

【図８】比較実験例において使用した自由液面方式の光
造形装置を示す概略図である。

【符号の説明】

１０ 樹脂収容槽 ２０ 冷却手段 ３０ 樹脂供給手段 ４０ 光照射手段 ５０ 制御手段 ６０ データファイル ７０ 加熱手段 ８１ 樹脂収容槽 ８２ 紫外線レーザ照射手段 ８３ 支持ステージ ８４ 制御手段 ８５ データファイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感光性樹脂の表面に選択的に光を照射し
   て硬化樹脂層を形成することを繰り返すことにより、当
   該硬化樹脂層が複数積層されてなる立体的な造形物を形
   成する光造形法であって、感光性樹脂を冷却して凝固さ
   せ、この状態で当該感光性樹脂に対して光を照射する工
   程を含むことを特徴とする光造形法。
2. 【請求項２】 下記の工程〔Ａ〕、工程〔Ｂ〕、工程
   〔Ｃ〕を含むことを特徴とする請求項１記載の光造形
   法。 工程〔Ａ〕：冷却されて凝固した感光性樹脂よりなる第
   ｎ層目の樹脂層部分、および凝固した感光性樹脂の少な
   くとも一部に光を照射して形成した第ｎ層目の硬化樹脂
   層部分の表面上に液状の感光性樹脂を供給して第（ｎ＋
   １）層目の樹脂層を形成する工程。 工程〔Ｂ〕：第（ｎ＋１）層目の樹脂層を冷却して感光
   性樹脂を凝固させる工程。 工程〔Ｃ〕：凝固した第（ｎ＋１）層目の樹脂層の表面
   に選択的に光を照射することにより、第（ｎ＋１）層目
   の硬化樹脂層を形成する工程。
3. 【請求項３】 工程〔Ｂ〕の終了後、凝固した第（ｎ＋
   １）層目の樹脂層の表面を切削して当該樹脂層の厚さを
   小さくする工程を含むことを特徴とする請求項２記載の
   光造形法。
4. 【請求項４】 工程〔Ｃ〕の終了後、凝固した第（ｎ＋
   １）層目の樹脂層部分および第（ｎ＋１）層目の硬化樹
   脂層部分の表面を切削して樹脂層の厚さを小さくする工
   程を含むことを特徴とする請求項２記載の光造形法。