特許 7374861 樹脂型の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-27

(45)【発行日】2023-11-07

(54)【発明の名称】樹脂型の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/135 20170101AFI20231030BHJP

   B29C 33/38 20060101ALI20231030BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20231030BHJP

【ＦＩ】

B29C64/135

B29C33/38

B33Y10/00

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020109932

(22)【出願日】2020-06-25

(65)【公開番号】P2022007167

(43)【公開日】2022-01-13

【審査請求日】2022-11-01

(73)【特許権者】

【識別番号】392010762

【氏名又は名称】株式会社ディーメック

(74)【代理人】

【識別番号】110001771

【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】井上 拳吾

(72)【発明者】

【氏名】三浦 輝

【審査官】坂本 薫昭

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－１００９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平１０－５０５７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０７４３８０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ３３／３８，６４／１３５，６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００，７０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光硬化性成分、有機粒子、及び無機粒子を含む光硬化性樹脂組成物からなる光造形用樹脂を用いる光造形法による樹脂型を、前記樹脂型の内部を硬化するために光が照射される複数の内部用照射ラインと、前記樹脂型の輪郭部を硬化するために光が照射される複数の輪郭用照射ラインとを用いて製造する製造方法であって、
前記複数の輪郭用照射ラインのうち、内側に位置する輪郭用照射ラインほど、外側に位置する輪郭用照射ラインの幅より大きい幅で前記光を照射する
ことを含む、樹脂型の製造方法。

【請求項2】

前記複数の輪郭用照射ラインの本数は、２本以上７本以下である、
請求項１に記載の樹脂型の製造方法。

【請求項3】

前記複数の輪郭用照射ラインのうち、内側に位置する輪郭用照射ラインほど、外側に位置する輪郭用照射ラインの走査速度より遅い走査速度でレーザー光を照射する、
請求項１又は２に記載の樹脂型の製造方法。

【請求項4】

前記複数の輪郭用照射ラインの幅は、８０～７００μｍである、
請求項１～３のいずれか一つに記載の樹脂型の製造方法。

【請求項5】

前記複数の輪郭用照射ラインのうち、最も外側に位置する輪郭描画ラインの幅の内部描画ラインの幅に対する比率は、０．１～０．９である、
請求項１～４のいずれか一つに記載の樹脂型の製造方法。

【請求項6】

前記複数の輪郭用照射ラインのうち、最も内側に位置する輪郭用照射ラインの幅に対する最も外側に位置する輪郭描画ラインの幅の比率は、０．１～０．９である、
請求項１～５のいずれか一つに記載の樹脂型の製造方法。

【請求項7】

前記内部用照射ラインは、照射される前記内部用照射ラインの末端形状が前記樹脂型の表面性に影響しないように照射位置が設定され、
前記輪郭用照射ラインは、前記樹脂型のうち前記内部用照射ラインの外側に設定される、
請求項１～６のいずれか一つに記載の樹脂型の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、樹脂型の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

付加製造技術または３次元プリンティング等と呼ばれる３次元造形技術において、紫外線や放射線等の光によって硬化する樹脂を積層することで立体物を造形する光造形技術（光造形法）が知られている（特許文献１～３参照）。光造形技術では、光硬化性樹脂を一層ごとに塗布その他の方法により供給し、造形物の形状に応じた範囲に対して光を照射して各層の光硬化性樹脂を硬化させるというプロセスが繰り返される。そして、光造形技術では、このプロセスの繰り返しによって硬化層を積み重ねることで、所望の形状を有する造形物が生成される。光造形技術には、自由液面法、規制液面法などが含まれる。他方、インクジェット方式により光硬化性樹脂を液滴として吐出供給する方法は、本願明細書においては光造形技術に含まれない。

【0003】

例えば、光造形技術は、射出成形（成型）等に用いられる樹脂型を造形するために利用されている。これにより、例えば金属型を用いて射出成形する場合と比較して、射出成形品（又はその試作品）を短期間で得ることが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００４－１３０５２９号公報

【文献】特開２０２０－０３７２４５号公報

【文献】国際公開第２０１８／１７５７３９号

【文献】特開２０００－９４４７１号公報

【文献】特開２００６－０７６８２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、光造形技術による樹脂型の造形では、造形精度及び生産効率は互いにトレードオフの関係にあり、両立することは難しい。そこで、本発明は、造形精度及び生産効率の両立を実現した、靱性に優れた樹脂型の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光硬化性成分、有機粒子、及び無機粒子を含む光硬化性樹脂組成物からなる光造形用樹脂を用いる光造形法による樹脂型の製造方法であって、前記樹脂型の輪郭部を硬化するために光が照射される複数の輪郭用照射ラインのうち、内側に位置する輪郭用照射ラインほど、外側に位置する輪郭用照射ラインの幅より大きい幅で前記光を照射することを含む、樹脂型の製造方法である。

【0007】

また、本発明は、光硬化性成分、有機粒子、及び無機粒子を含む光硬化性樹脂組成物からなる光造形用樹脂を用いる光造形法による樹脂型の製造方法であって、堰形状の造形において、前記堰形状の内側に硬化膜を形成させることを含む、樹脂型の製造方法である。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、造形精度及び生産効率の両立を実現した、靱性に優れた樹脂型の製造方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態に係る光造形装置１００の構成例を示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係る第１製造方法の一例を示す図である。

【図3】図３は、第１製造方法が適用されない場合の比較例を示す図である。

【図4】図４は、実施形態に係る第２製造方法の一例を示す図である。

【図5】図５は、第２製造方法が適用されない場合の比較例を示す図である。

【図6】図６は、実施例及び比較例に係る評価用樹脂型を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照しながら、実施形態に係る樹脂型の製造方法について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、以下の説明に限定されるものではない。以下に説明する実施形態は、構成に矛盾が生じない範囲で他の実施形態や従来技術との組み合わせが可能である。

【0011】

なお、以下に図示した構成は、図示の内容に限定されるものではない。例えば、以下に図示した各部の寸法や角度については、造形精度及び生産効率を大きく損なわない範囲内で適宜変更可能である。

【0012】

（実施形態）
（光造形装置１００の構成）
図１を用いて、実施形態に係る光造形装置１００の構成例を説明する。図１は、実施形態に係る光造形装置１００の構成例を示す図である。図１に例示の光造形装置１００は、実施形態に係る樹脂型の製造方法を実行する装置の一例である。図１において、Ｚ方向は後述する液状組成物１０３の液面１０４（照射平面）に対して鉛直方向、Ｘ方向は照射平面における任意の方向、Ｙ方向は照射平面においてＸ方向に直交する方向にそれぞれ対応する。つまり、図１は、ＹＺ平面における光造形装置１００の断面図に対応する。

【0013】

図１に示すように、光造形装置１００は、容器１０１及び支持台１０２を備える。容器１０１には、液状組成物１０３（光造形用樹脂）が収容される。支持台１０２は、液状組成物１０３の液面１０４より下（つまり、液状組成物１０３の液中）に配置される。また、光造形装置１００は、液面１０４に対して上方から光造形用樹脂を硬化させるためのレーザー光１０５を照射する。レーザー光１０５は、紫外線や放射線等、光造形用樹脂を硬化させるのに十分なエネルギーを有する。光造形装置１００は、レンズや絞り等でレーザー光１０５のビーム径と照射位置を制御することで、任意の照射ライン幅で任意の位置を硬化させる。

【0014】

図１の上段を用いて、１層目の硬化層１０６を硬化させる処理を説明する。まず、光造形装置１００は、支持台１０２を液状組成物１０３の中に配置する。このとき、光造形装置１００は、支持台１０２の上面と液面１０４との間の距離が硬化層１０６の厚みに一致するように、支持台１０２の位置（高さ）を調節する。そして、光造形装置１００は、リコータを用いて支持台１０２の上面に液状組成物１０３を塗布する。そして、光造形装置１００は、支持台１０２の上面に塗布された液状組成物１０３に対してレーザー光１０５を照射して、液状組成物１０３を硬化させる。これにより、光造形装置１００は、１層目の硬化層１０６を硬化させる。

【0015】

次に、図１の下段を用いて、２層目の硬化層１０７を硬化させる処理を説明する。光造形装置１００は、硬化層１０６の上面と液面１０４との間の距離が硬化層１０７の厚みに一致するように、支持台１０２の位置を下げる。そして、光造形装置１００は、リコータを用いて支持台１０２及び硬化層１０６の上面に液状組成物１０３を塗布する。そして、光造形装置１００は、支持台１０２及び硬化層１０６の上面に塗布された液状組成物１０３の所望の位置に対してレーザー光１０５を照射して、目的とする造形対象物の形状に合わせて液状組成物１０３を硬化させる。これにより、光造形装置１００は、２層目の硬化層１０７を硬化させる。このプロセスの繰り返しにより、光造形装置１００は、支持台１０２上に硬化層を積み重ねることで、所望の形状を有する造形対象物を造形する。

【0016】

なお、図１にて説明した内容はあくまで一例であり、図示の内容に限定されるものではない。例えば、本実施形態に係る樹脂型の製造方法は、図１に示した自由液面法による光造形装置１００に限らず、規制液面法などによる光造形装置であってもよいほか、特許文献１に記載された光造形技術等、公知の光造形技術に対して広く適用可能である。また、光造形用樹脂の組成についても、樹脂型の製造に利用される公知の成分を適宜適用可能である。なお、光造形用樹脂の組成については後述する。

【0017】

ここで、光造形装置１００は、造形精度及び生産効率の両立を実現した樹脂型の製造方法として、以下に説明する２つの製造方法（第１製造方法及び第２製造方法）を実行する。第１製造方法及び第２製造方法は、いずれか一方を単独で実行することもできるほか、両方の方法を併用してもよい。以下、第１製造方法及び第２製造方法を順に説明する。

【0018】

（第１製造方法：輪郭描画制御）
図２及び図３を用いて、実施形態に係る第１製造方法について説明する。図２は、実施形態に係る第１製造方法の一例を示す図である。図３は、第１製造方法が適用されない場合の比較例を示す図である。図２及び図３には、光（レーザー光１０５）の照射方向（Ｚ方向）から見た照射平面（ＸＹ平面）において、造形対象物のエッジ１０を硬化させるために照射される光の照射ラインを例示する。

【0019】

ここで、「照射ライン」とは、レンズや絞り等で集光された所望のビーム径を有するレーザー光１０５が支持台１０２（照射平面）上で走査（移動）される経路である。レーザー光１０５は、照射ラインの幅や位置に一致するようにビーム径やレーザー出力を経時的に調整して走査される。例えば、照射ラインは、造形対象物の形状に応じて予め設定される。言い換えると、光造形装置１００は、レンズや絞り等で集光した光の焦点を、照射ラインに沿って照射平面上を移動させることにより、各層の光造形用樹脂を硬化させる。なお、照射ラインの設定は、光造形装置１００によって自動的に行われても良いし、操作者によるマニュアル操作（手動操作）によって行われても良い。また、照射ラインは、「描画ライン」とも呼ばれる。

【0020】

照射ラインには、「内部描画ライン」及び「輪郭描画ライン」の２種類が含まれる。「内部描画ライン」とは、主に造形対象物の内部（ＸＹ平面における内側）を硬化させるために光が照射される照射ラインである。内部描画ラインは、生産効率（硬化速度）を向上させるため、輪郭描画ラインと比較して太く設定され、高速にレーザー走査される場合が多い。また、「輪郭描画ライン」とは、主に造形対象物の輪郭部（ＸＹ平面における輪郭部）を硬化させるために光が照射される照射ラインである。第１製造方法においては、複数の輪郭描画ラインが設けられる。輪郭描画ラインの本数の下限値は、２本が好ましく、３本がさらに好ましい。輪郭描画ラインの本数の上限値は、７本が好ましく、６本がさらに好ましく、５本が特に好ましい。輪郭描画ラインの本数がこれらの範囲内であることにより、造形精度及び生産効率を両立して造形物を得ることができる。輪郭描画ラインは、樹脂型のＺ方向の表面性（積層段差）に大きく関わるため、内部描画ラインと比較して細く設定され、精密にレーザー走査（描画）される場合が多い。なお、樹脂型の表面性は、成形品の表面性にも大きく影響する。

【0021】

例えば、内部描画ラインの末端の半円形状は、造形対象物（樹脂型）の表面の凹凸の要因となる場合がある。そこで、一般的に、内部描画ラインが造形対象物の表面に影響を与えないように、内部描画ラインに従って描画される範囲（内部描画範囲）は、造形対象物の端部（エッジ１０）から一定距離（１００～２００μｍ程度）内側までとされる。また、造形対象物の端部から一定距離に含まれる残りの範囲（輪郭描画範囲１１）は、輪郭描画ラインに従って精密に描画される。

【0022】

図２に示す例では、造形対象物のエッジ１０を硬化させるため、４本の内部描画ライン２１，２２，２３，２４と、３本の輪郭描画ライン３１，３２，３３とが設定される。なお、内部描画ライン２１，２２，２３，２４は、「内部用照射ライン」とも呼ばれる。また、輪郭描画ライン３１，３２，３３は、「輪郭用照射ライン」とも呼ばれる。

【0023】

例えば、第１製造方法においては、先に内部描画範囲を描画し、その後に輪郭描画範囲１１（輪郭部）を描画することができる。好ましくは、内部描画ライン２１、内部描画ライン２２、内部描画ライン２３、及び内部描画ライン２４の順に光を照射する。その後、輪郭描画ライン３１、輪郭描画ライン３２、及び輪郭描画ライン３３の順に光を照射する。なお、光の照射順序はこれに限定されるものではなく、輪郭描画ラインを内部描画ラインよりも先に描画してもよく、複数の輪郭描画ラインについては外側に位置する輪郭描画ラインから先に描画してもよい。光の照射順序は、造形対象物の大きさや形状により任意に変更可能である。好ましい照射順序として上述した方法によれば、造形精度及び生産効率の両立において特に好ましい。

【0024】

ここで、造形対象物の表面（造形対象物のエッジ１０に接する部分。「化粧面」とも言う。）を描画する輪郭描画ライン３３は、細い（小さい）幅で描画され、表面より内部を描画する輪郭描画ライン３１，３２は、表面から離れるほど太い（大きい）幅で描画される。つまり、複数の輪郭描画ラインのうち、内側に位置する輪郭描画ラインほど、外側に位置する輪郭描画ラインの幅より大きい幅に設定される。これにより、造形精度及び生産効率の両立を実現することができる。なお、輪郭描画ラインが３本以上ある場合には、複数の輪郭描画ラインのうち、化粧面を描画する輪郭描画ラインの幅が、最も内側に位置する輪郭描画ラインの幅よりも小さければよく、すべての輪郭描画ラインが異なる幅を有する必要はない。例えば、化粧面を描画する輪郭描画ラインの幅よりも大きく、かつ、互いに均一の幅を有する輪郭描画ラインを複数設けることもできる。

【0025】

なお、輪郭描画ラインについて記載した「内側」／「外側」とは、造形対象物における「内側」／「外側」を意図したものである。つまり、「外側に位置する輪郭描画ライン」は、造形対象物の表面に近い位置にある描画ラインであり、「内側に位置する輪郭用照射ライン」は、造形対象物の表面から離れた位置にある描画ラインである。

【0026】

ここで、図３を参照しつつ、第１製造方法による効果を説明する。第１製造方法が適用されない図３の例においては、輪郭描画範囲１１には、１本の輪郭描画ライン４１が設定される。または、図３に図示した１本の輪郭描画ラインに代えて均一の幅を有する複数本の細い輪郭描画ラインが設定される場合もある。このため、第１製造方法が適用されない場合には、輪郭描画範囲１１を硬化させるのに細い輪郭描画ラインに応じて多数回のレーザー走査を要する。このため、高い生産効率を実現することが困難である。

【0027】

これに対し、図２に示した第１製造方法は、複数の輪郭描画ラインのうち化粧面を構成する輪郭描画ライン３３の幅を輪郭描画ライン４５の幅と同程度に設定することで、比較例と同程度の造形精度を維持しつつ、輪郭描画ライン３１，３２の幅を輪郭描画ライン３３の幅より大きく設定することで、３本分のレーザー走査で一定面積の輪郭描画範囲１１を硬化させることができる。したがって、第１製造方法によれば、造形精度及び生産効率の両立を実現することができる。

【0028】

また、第１製造方法では、隣接する輪郭描画ライン間の重畳領域が減少する。例えば、均等幅を有する複数本の輪郭描画ライン４２、４３、４４、４５を設けた比較例（図示せず）を想定した場合、重畳領域は、輪郭描画ライン４２，４３の間、輪郭描画ライン４３，４４の間、輪郭描画ライン４４，４５の間の３箇所である。これに対し、第１製造方法では、重畳領域は、輪郭描画ライン３１，３２の間、輪郭描画ライン３２，３３の間の２箇所である。この重畳領域には、２回分のレーザー走査が行われるため、照射されるレーザー光のエネルギーの積算量を正確に調節することが困難であり、必要以上の余分なエネルギーが照射された場合には、この余分なエネルギーは熱となり、硬化収縮や剃り挙がり等、変形の要因となる。第１製造方法では、隣接する輪郭描画ライン間の重畳領域が減少するため変形の要因を低減できるので、造形精度の向上が期待される。

【0029】

なお、第１製造方法において、レーザー光の出力（レーザーパワー）及び走査速度は、最も太い輪郭描画ライン（輪郭描画ライン３１）でも十分な硬化深度を得ることができる程度に設定されるのが好適である。例えば、各層の厚みが１００μｍである場合には、輪郭描画ライン３１における硬化深度が１３０～１５０μｍ程度となるように出力及び走査速度を設定するのが好適である。

【0030】

また、レーザーパワーは一定であってもよく、描画ラインによってレーザーパワーを変更しても良い。例えば、輪郭描画ラインと内部描画ラインとでは、レーザーパワーが異なっていても良い。また、複数の輪郭描画ラインそれぞれでレーザーパワーが異なっていても良い。描画ラインの幅が大きいほど、レーザーパワーを上昇させるのが好適である。

【0031】

また、各輪郭描画ライン３１，３２，３３の走査速度（スキャンスピード）は、任意に設定可能であり、互いに同一であっても良いし、異なっていても良い。ただし、レーザーパワーが一定であれば、描画ラインの幅（ビーム径）が太いほど硬化深度が浅くなるので、走査速度を遅くするのが好適である。一方、描画ラインが細いほど硬化深度が深くなるので、走査速度を速くするのが好適である。つまり、複数の輪郭描画ライン３１，３２，３３のうち、内側に位置する輪郭用照射ライン３１ほど、外側に位置する輪郭用照射ライン３３の走査速度より遅い走査速度で照射することが好ましい。各輪郭描画ライン３１，３２，３３の太さに応じて適切な走査速度を設定することにより、生産効率を向上させることができる。

【0032】

また、輪郭描画ラインの幅は、好ましくは８０～７００μｍであり、より好ましくは１００～６００μｍであり、更に好ましくは２００～４００μｍである。第１製造方法では、輪郭描画ラインの位置に応じて幅が異なるため、最も外側に位置する輪郭描画ラインの幅は、好ましくは８０～４００μｍであり、より好ましくは１００～３００μｍであり、更に好ましくは２００～２５０μｍである。また、最も内側に位置する輪郭描画ラインの幅は、好ましくは２００～７００μｍであり、より好ましくは３００～６００μｍであり、更に好ましくは３５０～４００μｍである。

【0033】

また、最も外側に位置する輪郭描画ラインの幅は、最も内側に位置する輪郭描画ラインの幅に対する比率（最も外側に位置する輪郭描画ラインの幅を最も内側に位置する輪郭描画ラインの幅で除算した値）によって規定することもできる。この比率は、好ましくは０．１～０．９であり、より好ましくは０．２～０．５である。

【0034】

また、輪郭描画ラインの幅は、内部描画ラインの幅に対する比率（輪郭描画ラインの幅を内部描画ラインの幅で除算した値）によって規定することもできる。最も外側に位置する輪郭描画ラインの幅の内部描画ラインの幅に対する比率は、好ましくは０．１～０．９であり、より好ましくは０．２～０．５である。また、最も内側に位置する輪郭描画ラインの幅の内部描画ラインの幅に対する比率は、好ましくは０．５～１．５であり、より好ましくは０．９～１．１である。

【0035】

また、内部描画ラインの幅は、任意に設定可能であるが、好ましくは２００～６００μｍであり、より好ましくは３００～５００μｍである。内部描画ラインの幅が２００μｍ未満である場合には、生産効率が低下し、６００μｍ以上である場合には、造形精度が低下するからである。

【0036】

なお、図２にて説明した内容はあくまで一例であり、図示の内容に限定されるものではない。例えば、図２に示した輪郭描画ラインの位置、本数、及び幅は、造形対象物の大きさや形状により任意に設定可能である。また、図２に示した内部描画ラインの位置、本数、及び幅は、造形対象物の大きさや形状により任意に設定可能である。

【0037】

（第２製造方法：膜形成）
次に、図４及び図５を用いて、実施形態に係る第２製造方法について説明する。図４は、実施形態に係る第２製造方法の一例を示す図である。図５は、第２製造方法が適用されない場合の比較例を示す図である。図４及び図５には、ＹＺ平面における光造形装置１００の断面図を例示する。

【0038】

図４に示す例では、光造形装置１００は、図１にて説明したプロセスの繰り返しにより、支持台１０２上に硬化層を積み重ねることで、造形対象物１１０である成形型を造形する。ここで、造形対象物１１０は、トラップ形状を有する。「トラップ形状」とは、前述のＺ方向に対してその底部（下部）は閉じており上部は開口した凹部形状である。Ｚ方向上部に向かって凹部を有する形状であるとも言える。トラップ形状は、液体等を収容可能な容器様の形状であり、「堰形状」とも呼ばれる。自由液面法による光造形技術では、トラップ形状の内部に液体（液状組成物１０３）が溜まる。図５の説明で後述するように、トラップ形状の内部に溜まった液体は、表面張力によって液面が上昇（隆起）し、造形に影響を及ぼす。「トラップ形状の内側」とは、トラップ形状を構成する凹部の内部空間を言い、得られる造形物において空洞となる部分である。

【0039】

そこで、第２製造方法では、トラップ形状を有する樹脂型の造形において、トラップ形状の内側に膜状の硬化物（硬化膜）を形成させる。図４に示す例では、照射平面（ＸＹ平面）に沿った４つの硬化膜１１１，１１２，１１３，１１４を所定間隔で形成させる。

【0040】

具体的には、第２製造方法では、トラップ形状を有する樹脂型を造形する場合、トラップ形状の内部に対応する範囲（孔）にはレーザー光１０５を照射させないことにより、孔を有する硬化層を形成させ、一層ずつ積層させる。そして、例えば、硬化膜１１１を含む硬化層を形成させる段階では、トラップ形状に対応する範囲の内部にもレーザー光１０５を照射させることにより、孔を有しない硬化層（孔が埋められた状態の硬化層）を形成させる。つまり、この段階で形成された硬化層は、トラップ形状に対応する孔の内部に硬化膜１１１が形成された状態となる。硬化膜は、光造形法において積層造形される単一層の硬化層として形成してもよく、複数の連続した積層から成る硬化層として形成しても良い。複数の連続した硬化層として形成する場合には、その連続した層の数は特に限定されないが、樹脂型の造形後に硬化膜を容易に除去できるためには、液面上昇１２０を防止する必要以上に厚い硬化膜としないことが好ましい。このため、硬化膜は、光造形法において積層造形される１層の硬化層または２～３層の連続した硬化層であることが好ましく、１層または２層の硬化層であることがさらに好ましく、１層の硬化層であることが特に好ましい。このように、所定間隔ごとに硬化膜を意図的に形成させることにより、４つの硬化膜１１１，１１２，１１３，１１４を所定間隔で形成させる。

【0041】

つまり、各硬化膜１１１，１１２，１１３，１１４は、周囲の硬化層と同一面（同一層）として硬化される。このため、各硬化膜１１１，１１２，１１３，１１４が形成された段階で、それまでに生じた液面上昇を抑制することができる。したがって、４つの硬化膜１１１，１１２，１１３，１１４を所定間隔で形成させることで、トラップ形状の造形過程で生じる液面上昇を所定間隔ごとに抑制しつつ、造形対象物１１０を造形することができる。

【0042】

ここで、図５を参照しつつ、第２製造方法による効果を説明する。第２製造方法が適用されない場合には、図５に示すように、表面張力によって液面上昇１２０が生じ、トラップ形状の縁上で液体（液状組成物１０３）が隆起する場合がある。この隆起部分にレーザー光１０５が照射されると、部分的な隆起１２１，１２２として硬化される。この部分的な隆起１２１，１２２は、樹脂型の造形においてはＰＬ（Parting Line）面の精度が低下する、型締めができない、或いはバリを発生させるといった現象に繋がる可能性がある。

【0043】

このため、第２製造方法が適用されない場合には、液面上昇１２０が収まるまで待ち時間を設定し、造形処理を停止させることがあるが、この対処では生産効率が低下してしまう。また、別の対処として、トラップ形状を避けるように造形対象物の形状や造形方向（積層方向）を変更することもあるが、所望の形状の造形対象物を造形するにはトラップ形状は避けられない場合が多い。また、仮にトラップ形状を避けられたとしても、生産効率にとって最適な造形方向とは限らず、生産効率が低下してしまう。

【0044】

これに対し、図４に示した第２製造方法では、トラップ形状の内側に硬化膜１１１，１１２，１１３，１１４を形成させることにより、液面上昇１２０を抑制しつつ、造形対象物１１０を造形することができる。このため、第２製造方法では、トラップ形状の縁付近での隆起の発生を抑制するので、造形精度を向上させることができる。また、第２製造方法では、トラップ形状を有する樹脂型を造形する場合にも、待ち時間を設定したり、造形対象物の形状や造形方向（積層方向）を変更したりする必要が無くなるので、生産効率の低下を抑えることができる。したがって、第１製造方法によれば、造形精度及び生産効率の両立を実現することができる。

【0045】

なお、第２製造方向において、硬化膜は、光造形法による造形が完了した後に除去される。例えば、造形対象物１１０の造形完了後にトラップ形状の内側に形成された硬化膜１１１，１１２，１１３，１１４は取り除かれる。硬化膜１１０を取り除く方法は特に限定されず、手作業によって取り除いてもよく、得られた成形型を傷つけない範囲でブラスト装置（粉体を吹き付けて研磨する装置）などを用いて取り除くこともできる。硬化膜は、光造形法において積層される各層の厚みと同じ厚みであるため、容易に取り除くことができる。

【0046】

また、硬化膜は網目構造その他の孔を有していても良い。孔の数、大きさや形状は、液面上昇を実質的に抑制できる限り、特に限定さない。例えば、孔は、トラップ形状の輪郭の内側に沿って複数形成されても良い。また、例えば、孔は、トラップ形状の内側に網目状（Ｘ方向及びＹ方向）に複数形成されてもよい。孔に対応する位置にはレーザー光１０５の照射が不要となるので、生産効率を向上させることができる。また、孔が形成されることにより、より容易に硬化膜を除去することができる。

【0047】

また、硬化膜を設ける間隔は、トラップ形状の開口部の大きさによって変更するのが好適である。以下、開口部の大きさを開口径として説明するが、開口部の形状が円形以外の形状であって、例えば矩形である場合にはその対角線長に、また例えば任意の形状である場合にはその差渡しの最長寸法に、それぞれ読み替えることができる。例えば、硬化膜は、トラップ形状の開口径が５０ｍｍ以上である場合には、液面上昇が比較的小さいため、トラップ形状の深さ５ｍｍ～２０ｍｍの間隔で形成すれば液面上昇１２０を実質的に抑制することができる。また、硬化膜は、トラップ形状の開口径が１０ｍｍ以上５０ｍｍ未満である場合には、トラップ形状の深さ５ｍｍ～１５ｍｍの間隔で形成されることが好ましい。また、硬化膜は、トラップ形状の開口径が５ｍｍ以上１０ｍｍ未満である場合には、トラップ形状の深さ５ｍｍ～１０ｍｍの間隔で形成されることが好ましい。また、硬化膜は、トラップ形状の開口径が５ｍｍ未満である場合には、液面上昇が小さく、造形精度に与える影響も限定的であるため、形成しないこともできる。また、硬化膜は、トラップ形状の最上層に形成されるのが好適である。

【0048】

（造形用樹脂）
本発明に用いられる光造形用樹脂は、「光硬化性成分」、「有機粒子」および「無機粒子」を含む光硬化性樹脂組成物からなる。以下、それぞれの成分について順に説明する。

【0049】

「光硬化性成分」は、光硬化性を有する成分であれば特に限定されない。樹脂型の光造形に用いられる光硬化性成分としては、例えば、紫外線や放射線など、波長が短い（高エネルギー）光によって硬化する成分が好適である。好ましい光硬化性成分としては、ラジカル硬化成分およびカチオン硬化成分が含まれる。

【0050】

ラジカル硬化成分としては、（メタ）アクリロイル基を有する化合物が一般的に用いられる。カチオン硬化成分としては、エポキシ基、オキセタニル基などのグリシジル基を有する化合物が一般的に用いられる。

【0051】

光硬化性成分としては、ラジカル硬化成分およびカチオン硬化成分はその一方のみを用いてもよく、両者を併用してもよい。光硬化性成分は、ラジカル硬化成分およびカチオン硬化成分のそれぞれについて、一種類または二種類以上の化合物を使用することができる。

【0052】

「有機粒子」は、有機ポリマーからなる粒子である。有機ポリマーは特に限定されないが、コア・シェル型構造を有する粒子が耐衝撃性に優れた造形物を製造することができるため特に好ましい。有機粒子としては、一種類または二種類以上の有機粒子を使用することができる。有機粒子としては、架橋構造を有する有機粒子であってもよく、架橋構造を有しない有機粒子であってもよいが、粒子の物理的強度の観点から架橋構造を有する有機粒子であることが好ましい。

【0053】

有機粒子の平均粒径は、１０～５００μｍが好ましく、１００～３００μｍがさらに好ましい。平均粒径がこの範囲にあることにより、耐衝撃性に優れた造形物を製造することができる。有機粒子としては、一種類または二種類以上の平均粒径を有する有機粒子を用いることができる。異なる平均粒径を有する二種類以上の有機粒子を使用することにより、耐衝撃性および靱性に優れた造形物を製造することができる。有機粒子の平均粒径は、光散乱型または光遮断型などの光学的粒径測定装置によって測定されるポリスチレン粒子換算の数平均粒子径である。

【0054】

「無機粒子」は、無機材料からなる粒子である。無機粒子の例としては、特に限定されないが、金属粒子、金属酸化物粒子、ガラス粒子、シリカ粒子などが挙げられる。無機粒子としては、一種類または二種類以上の無機粒子を使用することができる。

【0055】

無機粒子の平均粒径は、５ｎｍ～５００μｍが好ましく、１０ｎｍ～３００μｍがさらに好ましい。平均粒径がこの範囲にあることにより、十分な硬度が得られ、耐衝撃性に優れた造形物を製造することができる。無機粒子としては、一種類または二種類以上の平均粒径を有する有機粒子を用いることができる。異なる平均粒径を有する二種類以上の無機粒子を使用することにより、耐衝撃性に優れた造形物を製造することができる。上記の平均粒径の範囲内で、平均粒径が５ｎｍ～１００ｎｍの無機粒子（「ナノ無機粒子」とも言い、シリカ粒子である場合には「ナノシリカ粒子」とも言う。）および平均粒径が１μｍ～５００μｍの無機粒子（「マイクロ無機粒子」とも言い、シリカ粒子である場合には「マイクロシリカ粒子」とも言う。）を使用することにより、さらに耐衝撃性に優れた造形物を製造することができる。

【0056】

なお、造形用樹脂は、非必須成分として、「重合開始剤」その他の任意の成分を、本発明の硬化を阻害しない限度において、含むことができる。重合開始剤を含むことにより、光硬化性が向上して、形状精度に優れた造形物を製造することができる。

【0057】

「重合開始剤」としては、「ラジカル性重合開始剤」および「光酸発生剤」を挙げることができる。「ラジカル性重合開始剤」は、光を吸収して光硬化性成分の重合を促進する成分である。「光酸発生剤」は、光を吸収して有機粒子の重合を促進する成分である。

【0058】

すなわち、本実施形態に係る製造方法は、光硬化性成分、有機粒子、及び無機粒子を含む光硬化性樹脂組成物からなる光造形用樹脂を用いる光造形法による樹脂型の製造方法である。

【0059】

（その他の実施形態）
上述した実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてもよい。例えば、上記の実施形態では、第１製造方法及び第２製造方法が同時に適用される場合を説明したが、いずれか一方が個別に適用されても良い。第１製造方法及び第２製造方法のいずれか一方が適用される場合にも、造形精度及び生産効率の両立を実現することが可能である。

【0060】

［実施例］
以下に、本発明を実施例に基づき、さらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。本実施例では、表１及び表２に示す実施例１～３、比較例１～８にそれぞれ対応する製造方法について効果を検証（評価）した。

【0061】

１．光造形用樹脂の調製
以下の４種類の光造形用樹脂を調製した。
［樹脂１］
光硬化性成分としてラジカル硬化成分およびカチオン硬化成分、重合開始剤としてラジカル性重合開始剤および光酸発生剤、無機粒子としてナノシリカ粒子およびマイクロシリカ粒子の混合物、有機粒子として平均粒子径２００μｍの有機粒子を混合して光硬化性樹脂組成物を調製し、樹脂１とした。
［樹脂２］
無機粒子を配合しなかったほかは光造形用樹脂１と同様にして光造形用樹脂を調製し、樹脂２とした。
［樹脂３］
有機粒子を配合しなかったほかは光造形用樹脂１と同様にして光造形用樹脂を調製しし、樹脂３とした。
［樹脂４］
無機粒子および有機粒子のいずれを配合しなかったほかは光造形用樹脂１と同様にして光造形用樹脂を調製し、樹脂４とした。

【0062】

２．評価用造形物の製造
［光造形装置］
光造形装置は、ディーメック社製ＢｅａｍＡｒｔ ＢＡ４５Ｓ（波長３５５nｍの半導体レーザー）を用いた。すべての実施例および比較例において、積層ピッチは１００μｍとした。

【0063】

［積層段差 評価用造形物の作製および評価方法］
縦（Ｘ方向）４０×横（Ｙ方向）１０×高さ（Ｚ方向）１００ｍｍの直方体の評価用造形物を作製した。
各実施例および比較例において第１製造方法である輪郭描画制御を使用したか否かは、表１に示した通りである。
第１製造方法である輪郭描画制御の条件は次の通りとした。樹脂型の内部の描画に用いた内部描画ラインの幅を４００μｍに設定した。輪郭部の描画には３本の輪郭描画ラインを設け、各輪郭描画ラインの幅は、外側から順番に、１５０μｍ、２００μｍ、３００μｍにそれぞれ設定した。描画の順番は、内部描画ラインに沿ってレーザー光を照射した後、３本の輪郭描画ラインについては内側から順にレーザー光を照射し、最後に最も外側の輪郭描画ラインにレーザー光を照射した。
第１製造方法である輪郭描画制御を行わなかった場合の条件は次のようにした。内部描画ラインの幅を４００μｍに設定した。輪郭部の描画には１本の輪郭描画ラインを設け、輪郭描画ラインの幅は３００μｍに設定した。描画の順番は、内部描画ラインに沿ってレーザー光を照射した後、輪郭描画ラインにレーザー光を照射した。
積層段差の評価用造形物は堰形状を有していないため、第２製造方法である膜形成は使用しなかった。
各実施例および比較例で得られた評価用造形物について、評価用造形物の側面（Ｚ方向の表面）の積層ごとの段差を測定することで評価した。測定した段差の平均値が１０μｍ以上１００μｍ未満であれば「◎」、１００μｍ以上２００μｍ未満であれば「○」、２００μｍ以上であれば「×」と評価した。

【0064】

［天板平滑性 評価用造形物の作製および評価方法］
中央に縦（Ｘ方向）３０×横（Ｙ方向）３０×高さ（この場合は深さ、Ｚ方向）５０ｍｍの角柱形状の凹部（トラップ（堰））を有する縦（Ｘ方向）５０×横（Ｙ方向）５０×高さ（Ｚ方向）６０ｍｍの角柱ブロック形状の評価用造形物を作製した。
各実施例および比較例において第１製造方法である輪郭描画制御および第２製造方法である膜形成を使用したか否かは、表２に示した通りである。
第１製造方法である輪郭描画制御の条件は、積層段差の評価用造形物の作製時と同様である。
第２製造方法の膜形成の条件としては、Ｚ方向１０ｍｍ（積層１００層に相当する）ごとに１層の硬化膜を造形するよう設定した。第２製造方法を適用しなかった場合には、硬化膜を形成せずに造形を行った。
各実施例および比較例で得られた評価用造形物について、トラップ開口部周辺の高さを測定することで評価した。造形終了後に硬化膜を取り除き、トラップの開口部周辺の平滑性をデジタルスキャナ（KEYENCE社製３D形状測定機、VR-5200）で測定した。角柱ブロック外周部を基準面として、トラップ開口部周辺の高さが±１００μｍ未満であれば「◎」、１００μｍ以上２００μｍ未満であれば「〇」、２００μｍ以上であれば「×」と評価した。

【0065】

［靱性（もろさ） 評価用造形物の作製および評価方法］
図６に示す形状の成形型を作製した。図６の樹脂型の横方向の長さは９５ｍｍ、縦方向の長さは１１０ｍｍ、最高部の高さは９５ｍｍである。図６の左図に雄型、右図に示す雌型を示す。雌型には、左上部および右下部の円筒形の凹部（直径８ｍｍ、深さ１０ｍｍ）および中央部の矩形の凹部（浅い部分を含めて横３０ｍｍ、縦１００ｍｍ、深さ１５ｍｍ）の３か所の堰形状がある。
各実施例および比較例において第１製造方法である輪郭描画制御および第２製造方法である膜形成を使用したか否かは、表２に示した通りである。
第１製造方法である輪郭描画制御および第２製造方法の膜形成の条件は、天板平滑性の評価用造形物の作製時と同様である。
各実施例および比較例で得られた評価用造形物について、「成形時のもろさ」および「形状としてのもろさ」を評価した。

【0066】

「成形時のもろさ」は、樹脂型の靱性の指標であり、図６に示した樹脂型を製造し、得られた樹脂型を用いてポリカーボネート樹脂（帝人：パンライトL-1225L(N)）を射出成形した。射出成形の条件は２９０℃、圧力３０Ｍｐａとした。射出成形を５０ショット行い、５０ショット成型しても樹脂型に割れや欠けを生じなかった場合に靱性に優れているとして「◎」、割れや欠けを一か所でも生じた場合に靱性が十分でないとして「×」と評価した。

【0067】

「形状としてのもろさ」は、耐折り曲げ試験により評価した。先ず、耐折り曲げ試験に用いた試験片の作成について説明する。アプリケータを用い、ガラス板上に組成物を塗布することにより、厚みが２００μｍの塗布膜を形成し、メタルハライドランプを装備したコンベア硬化装置を用いて、当該塗布膜の表面に紫外線を照射（照射量０．５Ｊ／ｃｍ２）して、半硬化樹脂フィルムを作製した。次いで、ガラス板から半硬化樹脂フィルムを剥離し、離型紙に載せ、最初に紫外線を照射した面とは反対側の面からの紫外線を照射（照射量０．５Ｊ／ｃｍ２）して、硬化樹脂フィルムを試験片として作成した。

【0068】

次に、耐折り曲げ試験における測定について説明する。上記の手法にて作成した硬化樹脂フィルムを、温度２３℃、相対湿度５０％の恒温恒湿室内に２４時間静置したのち、ＭＩＴ（Massachusetts Institute of Technology）式屈曲試験器を用いて、１００ｇ一定荷重をかけながら、折り曲げ回数６０回／秒で、繰り返し折り曲げ試験を行い、試験片が折り曲げ位置で破断するまでの回数を測定した。折り曲げ位置で破断する回数が３０回以上のものを合格とし、３０回未満のものを不合格とした。

【0069】

【表1】

【0070】

【表2】

【0071】

「輪郭描画制御」は、製造方法として、上述した第１製造方法（手法１）を適用したか否かを示す。「○」は、第１製造方法を適用したことを示し、「－」は、第１製造方法を適用しなかったことを示す。

【0072】

「硬化膜」は、製造方法として、上述した第２製造方法（手法２）を適用したか否かを示す。「○」は、第２製造方法を適用したことを示し、「－」は、第２製造方法を適用しなかったことを示す。

【0073】

樹脂１を用いた実施例１および実施例２：第１製造方法を用いた実施例１の製造方法の評価結果は、積層段差「◎」であった。また、第１製造方法および第２製造方法を用いた実施例２の製造方法の評価結果は、天面平滑性「◎」、成形時のもろさ「◎」、及び形状としてのもろさ「◎」となった実施例１および実施例２の製造方法は、他の実施例及び比較例の製造方法と比較して最も良好な結果となった。

【0074】

樹脂１を用いた実施例３：第１製造方法を用いたが第２製造方法を用いなかった実施例３の製造方法の評価結果は、天面平滑性「○」、成形時のもろさ「◎」、及び形状としてのもろさ「◎」となった。この結果から、実施例２と実施例３の結果を対比することにより、第２製造方法は、天面平滑性に寄与することが示唆された。

【0075】

樹脂２を用いた比較例１および比較例５：比較例１の製造方法の評価結果は、積層段差「○」であった。また、比較例５の製造方法の評価結果は、天面平滑性「○」、成形時のもろさ「×」、及び形状としてのもろさ「◎」となった。この結果から、無機粒子の存在が成形時の強度に大きく寄与するとともに積層段差及び天面平滑性にも寄与することが示唆された。

【0076】

樹脂３を用いた比較例２および比較例６：比較例２の製造方法の評価結果は、積層段差「◎」であった。また、比較例６の製造方法の評価結果は、天面平滑性「◎」、成形時のもろさ「×」、及び形状としてのもろさ「×」となった。この結果から、有機粒子の存在が成形時の強度及び形状としての強度に大きく寄与することが示唆された。

【0077】

樹脂１を用いた比較例３および比較例７：比較例３および比較例７では、第１製造方法及び第２製造方法のいずれも使われなかった。比較例３の製造方法の評価結果は、積層段差「×」であった。また、比較例７の製造方法の評価結果は、天面平滑性「×」、成形時のもろさ「◎」、及び形状としてのもろさ「◎」となった。この結果から、第１製造方法及び第２製造方法が積層段差及び天面平滑性に大きく寄与することが示唆された。

【0078】

樹脂４を用いた比較例４および比較例８：比較例４の製造方法の評価結果は、積層段差「○」であった。また、比較例８の製造方法の評価結果は、天面平滑性「◎」、成形時のもろさ「×」、及び形状としてのもろさ「×」となった。この結果から、無機粒子及び有機粒子の存在が積層段差に寄与するとともに、成形時の強度及び形状としての強度に大きく寄与することが示唆された。

【0079】

以上の実施例により、第１製造方法及び第２製造方法が造形精度及び生産効率の両立に寄与することが示唆された。また、実施例としては示さなかったが、樹脂１を用いて、第１製造方法は使用せず、第２製造方法を使用して評価用造形物を作製した結果、積層段差「×」、天面平滑性「◎」、成形時のもろさ「◎」、及び形状としてのもろさ「◎」であった。

【0080】

例えば、光造形法を採用する本実施形態（第１製造方法）によれば、樹脂型のＺ平面（側面）において特に優れた平滑性（積層段差が小さいこと）及び優れた靱性を備えた成形型を得ることができる。そして、他の本実施形態（第２製造方法）によれば、樹脂型のＸＹ平面において特に優れた平滑性を有し、優れた靱性を備えた成形型を得ることができる。さらに、本実施形態（第１製造方法および第２製造方法の併用）によれば、積層段差を抑制し、ＸＹ平面において特に優れた平滑性を有し、優れた靱性を備えた成形型を得ることができる。このため、造形精度及び生産効率を両立した成形型の製造方法を提供することができる。そして、その樹脂型を用いて射出成型した成型物の表面（樹脂型のＸＹ平面に当たる面）の平滑性も優れており、光沢に富む表面を得ることができる。

【0081】

一方、樹脂型を製造するための３次元造形技術としては、インクジェット方式による造形法も知られている。インクジェット法を用いて製造した樹脂型では、インクジェットにより樹脂を射出して硬化させる性質上、樹脂型表面の平滑性は光造形法よりも劣ったものとなる。このため、その樹脂型を用いて射出成型した成型物の表面の平滑性も劣っており、艶消し状の光沢を欠いた表面となる。したがって、透明性が求められる成型物の場合、表面の平滑性が高い方が透明度は上がるため、インクジェット法よりも光造形法の方が好適である。

【符号の説明】

【0082】

１０ エッジ
１１ 輪郭描画範囲
２１，２２，２３，２４ 内部描画ライン
３１，３２，３３ 輪郭描画ライン
４１，４２，４３，４４，４５ 輪郭描画ライン
１００ 光造形装置
１０１ 容器
１０２ 支持台
１０３ 液状組成物
１０４ 液面
１０５ レーザー光
１０６，１０７ 硬化層
１１０ 造形対象物
１１１，１１２，１１３，１１４ 硬化膜
１２０ 液面上昇
１２１，１２２ 隆起

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】