JPS61199916A - 立体成形品の製造方法 - 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］ 本発明は、例えば、鋳造や窯業用の母型、サンドブラス
ト段彫りマスク、立体地図等の凹凸ディスプレイ、壁掛
けや各種アクセサリ−等の装飾品等として使用される。

高さの異なる凹凸形状を有する立体成形品の製造方法に
関するもので、特に光硬化性合成樹脂を用いた上記立体
成形品の製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、立体成形品は、木材、金属等の素材を人手や工作
機械で彫刻することによって製造するのが最も一般的で
ある。また、最近では、印刷版作成の技術を転用した写
真的手法、即ち、光硬化性合成樹脂を用いたフォトエツ
チング技法によって立体成形品を製造することが一部に
おいて行われている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、人手や工作機械による彫刻で立体成形品
を製造する場合、特に同一形状の立体成形品を多数製造
するには、作業者の熟練や高度な機械精度等が要求され
るばかりか、製造効率も悪い問題がある。また、印刷版
作成の技術を転用した方法では、印刷版と同様に、凸部
頂面が一定高さに揃えられた凹凸形状が得られるに過ぎ
ない。

従って、得られる凹凸形状の変化に乏しく、装飾性や変
化に富んだ立体成形品が得難い問題がある。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために講じられた手段は、使用す
る光硬化性合成樹脂の硬化高さと、その露光時に使用さ
れる露光フィルムの濃度との関係（感度）をあらかじめ
把握すると共に、形成すべき立体成形品の平面位置と、
当該位置における高さとの関係（形状値）を設定し、前
記感度とこの形状値から、形成すべき立体成形品の凹凸
状態に合わせて濃度に変化を持たせた露光フィルムを作
成して、この露光フイルムノを介して光硬化性合成樹脂
を露光する立体成形品の製造方法とすることである。

本発明で用いる光硬化性合成樹脂としては１例えば紫外
線の照射により、液状から固体へ硬化したり、各種溶剤
に対する溶解性が減少する特性を有する、光重合タイプ
や光架橋タイプ等の合成樹脂が用いられる。この光硬化
性合成樹脂の具体例としては、不飽和ポリエステル、不
飽和ポリウレタン等の液状ポリマーと、エチレン性不飽
和化合物と、光重合開始剤との混合物や、室温で固体状
のポリマーと、エチレン性不飽和化合物と、光重合開始
剤との混合物及びこの混合物を溶剤に溶解させたもの等
を挙げることができる。

液状ポリマーとしては、アルキルジオールまたはオキシ
アルキルジオールと不飽和二塩基酸とのエステル、例え
ば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチ
レンゲリコール等の単量体又はこれらの多量体と、マレ
イン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコ
ン酸、グルタコン酸とのエステル、及びこれらエステル
における不飽和二塩基酸の一部を飽和二塩基酸１例えば
コハク酸、アジピン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレ
フタル酸などで置換したエステル等の他、特公昭５２−
７７８１号公報、特開昭４８−２８５３３号公報記載の
もの等である。

エチレン性不飽和化合物としては、アクリル酸、メタク
リル酸、フマル酸、マレイン酸等のエステル類、アクリ
ルアミドやメタクリルアミドの誘導体、アリルエステル
、スチレン及びその誘導体等をあげることができる。そ
の具体的な例としては、エチレングリコール、ジエチレ
ングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレング
リコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレング
リコール、ブチレンゲリコールのジアクリレート及びジ
メタクリレート、あるいはトリメチロールプロパントリ
アク・リレート及びトリメタクリレート、ペンタエリト
リットテトラアクリレート及びテトラメタクリレート等
や、Ｎ、Ｎ’−へキサメチレンビスアクリルアミド及び
メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド及びメタ
クリルアミド、スチレン、ビニルトルエン、ジビニルベ
ンゼン、ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート
等でこれらは単独又は二種以上を組合わせて使用される
。

光重合開始剤としては、ベンゾイン及びベンゾインエー
テル類、例えばベンゾインメチルエーテル、ベンゾイン
エチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベ
ンゾインイソブチルエーテル、α−メチロールベンゾイ
ン、α−メチロールベンゾインメチルエーテル、α−メ
トキシベンゾインメチルエーテル、ベンゾインフェニル
エーテル、α−ｔ−ブチルベンゾイン、２．２−ジメト
キシフェニルアセトフェノン、２．２−ジェトキシフェ
ニルアセトフェノン、２．２−ジェトキシアセトフェノ
ン、ベンジル、ピバロイン、アンスラキノン、ベンズア
ンスラキノン、２−エチルアンスラキノン、２−クロル
アンスラキノンなどを例としてあげることができる。こ
のような光重合開始剤は重合有効量すなわち少なくとも
０．０１重量％以上添加される。一般には０．１〜３重
量％の範囲で添加されていることが好ましい。

また、室温で固体状のポリマーとしては、可溶性ナイロ
ン、結晶性１，２−ポリブタジェン、ポリスチレンーポ
リブタジエンーボリスチレンブロック共重合体等である
。

感度は、光硬化性合成樹脂の種類によって相違するのは
勿論のことであるが、その他の条件によっても相違を生
ずる。従って、感度を把握するに際しては、実際に立体
成形品を製造するときとできるだけ条件を揃えておくこ
とが好ましい。揃えておくべき条件としては、例えば露
光機械、光源の強さ及び位置、露光時間、洗浄機械、洗
浄液の種類及び温度、洗浄液の吹き付は強さ等を挙げる
ことができる。

感度の測定は１例えば次のようにして行う、即ち、立体
成形品の製造に使用するものと同一ロットの光硬化性合
成樹脂を試料とし、やはり立体成形品の製造時と同じ条
件下で露光フィルムを介して試料の一部を露光し、これ
を洗浄し乾燥させた後に残留凸部の高さを測定する。そ
して、これを露光フィルムの濃度を変えながら行うこと
により、露光フィルムの濃度と、光硬化性合成樹脂の硬
化高さの関係を得ることができる。

露光フィルムの濃度変化は、露光フィルムとして用いる
写真フィルムの黒化濃度変化や網点密度変化として得る
ことができる。この濃度変化を露光フィルムに付与する
方法としては、例えば白、黒及び色調の異°なる灰色の
ポスターカラー等で描いたマークを撮影した写真フィル
ムから露光フィルムを作成する方法が最も単純である。

他の方法としては、被写体を介在させることなく、電気
的制御によって露光光量を変えながら、写真フィルムの
一定範囲を直接露光して露光フィルムを作成する方法等
がある。

上記のような方法によって、段階的に濃度差を付けた露
光フィルムを作成し、露光フィルムの各濃度に対応する
光硬化性合成樹脂の硬化高さを測定した後、第１図に示
されるような感度変化図を作成すれば、露光フィルムの
濃度全体に亘る硬化高さをほぼ正確に把握することがで
きる。

形状値を設定する方法としては、工作しやすい素材でマ
スターモデルを作成し、このマスターモデルを実測して
定める方法が最も正確で好ましい、しかし、机上の作図
や計算で形状値を設定し、マスターモデルの作成を省略
してもよい、また、形状値を設定するに当っては、形成
すべき立体成形品の凹凸状態の変化を連続した変化曲線
として設定するのが最も正確で好ましい、しかし、この
ような連続変化として設定するのは、手順的に繁雑にな
るので、現実的には、形成すべき立体成形品を平面上適
宜の範囲毎に区画し、平面直角二方向を示すＸ、Ｙ座標
系における各区画の位置と、垂直方向を示すＺ座標系に
おける各区画内立体成形品表面高さを定めることによっ
て行う、各区画内における立体成形品表面高さは、その
、中央一点の高さで定めてもよいが、同−区画内におけ
る複機の測定値の平均をもって定めることが好ましい。

上記形状値と前記感度から、形成すべき立体成形品の凹
凸状態に合わせて濃度変化を持たせた露光フィルムを作
成する方法としては、次のような方法がある。例えば、
形状値においてｘ、Ｙ座標系で定めた位置に相応する各
区画を、そのＺ座標系で定めた高さに応じた白、黒又は
灰色のポスターカラーで塗って原画とし、この原画を写
真撮影することによって露光フィルムを作成することが
できる。また、他の方法としては、上述のような原画を
作成することなく、電気的制御によって、形状値におい
てＸ、Ｙ座標系で定めた位置に相応する各区画毎に、そ
のＺ座標系で定めた高さに応じた露光光量で写真フィル
ムを直接露光することによって露光フィルムを作成する
方法等がある。

以上のようにして露光フィルムを作成した後は、一般の
写真製版と同様に、露光フィルムを介して光硬化性樹脂
を露光した後、洗浄を施して未露光合成樹脂を洗い流し
、これを乾燥させることによって所望の立体成形品を得
ることができる。

また、上記洗浄後に、得られた立体成形品を再び露光す
れば、全体の硬化状態を更に安定させることができるの
で好ましい。

上述の露光フィルムを介して行われる光硬化性合成樹脂
の露光は、通常、平行光線で行われるが、散乱光、放射
光、刺子行光等を用い、それぞれの光の特徴を活かした
成形を行うこともできる。この露光の光源は、使用光硬
化性合成樹脂の種類に応じて選択すればよいが、例えば
キヤノンランプ、ケミカルランプ、高圧水銀ランプ、カ
ーボンアークランプ、メタルハライドランプ、レーザー
ランプ、太陽光等が用いられる。

［作　用］ 光硬化性合成樹脂を、濃度変化を有する露光フィルムを
介して露光すると、露光フィルム濃淡に応じて光硬化性
合成樹脂の露光量が変化し、これによって硬化高さが変
わって来ることになる。

一方、露光フィルムの濃度変化は、形成すべき立体成形
品の平面位置とその高さに応じて付されているので、形
成すべき立体成形品とほぼ同じ位置が同じ高さまで硬化
されることになる。従って。

この露光後に未露光合成樹脂を洗い流して硬化部のみを
残すと、所望の立体成形品とほぼ同一の凹凸状態の立体
成形品が得られるものである。

［実施例〕 実施例１ 下記の光硬化性合成樹脂、装置等を用いて立体成形品を
作成した。

（光硬化性合成樹脂） ＡＰＲＦ−４５（商品名、旭化成工業株式会社製）（露
光機械） 露光条件は、光硬化性合成樹脂を載置するガラス板上で
照度３　ｍｙ／ｃ＋ｓ２、露光時間２５０ｓｅｃとした
。

また、露光光源は水銀アークランプとした。

（洗浄機械） 洗浄液は、温度４０℃のアルカリ洗浄液とし、これを１
．５ｋｇ／ｃ＋ｓ２の圧力で８０４２／ｓｉｎで噴出さ
せて５ｍ１ｎ洗外した。

まず、市販の白と黒のポスターカラーを用意し、両者を
混合比を変えて混合して、明暗４段階の灰色■〜■を調
合した。白と４段階の灰色と黒の６色のポスターカラー
で、白色の用紙上に各々直径約２０ａ＋ｍの円形マーク
を描き、十分乾燥させた後、これを写真撮影した。

上記撮影によって得られた写真フィルムからネガ状態の
露光フィルムを現寸大で作成し、この露光フィルムを介
して光硬化性合成樹脂の露光を行った。

露光状態を第２図で説明すると、ガラス板ｌ上に露光フ
ィルム２を置き、その上に透明なベースフィルム３（厚
さ１００ル、紫外線透過率６０％）と、真空密着用シー
ト４を有する枠体５とを順次重ねて置き、真空吸引によ
ってこれらをガラス板１方向に引き付けた後、枠体５内
に光硬化性合成樹脂６を注入する。このとき、枠体５内
への光硬化性合成樹脂６の注入深さは４ｔ＋ｓとした。

そして、この注入後、ガラス板ｌ側から光を照射して露
光が行われるものである。

上記露光後、光の照射方向とは逆方向から洗浄液を噴射
して洗浄を行い、ベースフィルム上に付着して残った硬
化部分の高さを、その乾燥後に測定し、この結果に基づ
いて感度変化図を作成した。感度変化図を第１図に示す
、尚、露光フィルム濃度りは、透過光強度Ｉと照射光強
度１．とから、次式によって求められる値をいう。

Ｄ　＝　Ｕｏｇ」」 ■ 次に、上述の感度変化図から、露光フィルム濃度が０．
２　、０．４　、０．８　、０．８程度となる灰色■、
′〜■′を各々調合し直し、図に示されるような段階状
の立体成形品を想定し、第４図に示されるような原画を
白色の用紙上に描いた。この原画を写真撮影した写真フ
ィルムから、ネガ状態の露光フィルムを現寸大で作成し
、前述と同様にして露光及び洗浄を行ったところ、はぼ
想定した通りの立体成形品が得られた。

実施例２ 露光フィルムをポジ状態にした他は実施例１と同様にし
て立体成形品を作成したところ、第５図に示されるよう
に、実施例１で得られた立体成形品とは凹凸状態が全く
逆の立体成形品が得られた。

実施例３ 第４図に示される原画の黒色と灰色■′の間、灰色■′
と灰倉■′の間、灰色■′と灰色■′の間及び灰色■　
と灰色■′の間の色調変化をできるだけ連続的なものと
なるようにした他は実施例１と同様にして立体成形品を
作成したところ、第６図に示されるような斜面を有する
立体成形品が得られた。

実施例４ 実施例１で説明したものと同様にして、第７図〜第９図
に示される各立体成形品を作成した。

即ち、第７図に示されるような人物の横顔の美術品、第
８図に示されるような鋳造用機械部品母型、第９図に示
されるようなインテリア用木目模様である。いずれにつ
いても、はぼ予定した通りの立体成形品とすることがで
きた。

［発明の効果］ 本発明によれば、露光フィルムさえ作成してしまえば、
後は同一条件で露光、洗浄を繰返すだけで同一の立体成
形品を製造することができるので、大量生産が極めて容
易となる。また、露光フィルムの作成をコンピューター
制御等によって自動化したり、露光時に拡大・縮小する
ことも可能で、種々の立体成形品に適用可能なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１で作成した感度変化図、第２図は露光
状態の説明図、第３図は実施例１で作成した立体成形品
の斜視図、第４図はその原画の説明図、第５図は実施例
２で作成した立体成形品の斜視図、第６図は実施例３で
作成した立体成形品の滑視図、第７図ないし第９図は各
々実施例４で作成した立体成形品を示す図で、（ａ）は
平面図、（ｂ）は（ａ）におけるｂ−ｂ’断面図である
。 ｌニガラス板、２：露光フィルム、 ３：カバーフィルム、４：真空密着用シート、５：枠体
、６：光硬化性合成樹脂。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）使用する光硬化性合成樹脂の硬化高さと、その露光
   時に使用される露光フィルムの濃度との関係（感度）を
   あらかじめ把握すると共に、形成すべき立体成形品の平
   面位置と、当該位置における高さとの関係（形状値）を
   設定し、前記感度とこの形状値から、形成すべき立体成
   形品の凹凸状態に合わせて濃度に変化を持たせた露光フ
   ィルムを作成して、この露光フィルムを介して光硬化性
   合成樹脂を露光することを特徴とする立体成形品の製造
   方法。